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JP3145097B2 - Dry etching equipment - Google Patents
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JP3145097B2 - Dry etching equipment - Google Patents

Dry etching equipment

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JP3145097B2
JP3145097B2 JP12998190A JP12998190A JP3145097B2 JP 3145097 B2 JP3145097 B2 JP 3145097B2 JP 12998190 A JP12998190 A JP 12998190A JP 12998190 A JP12998190 A JP 12998190A JP 3145097 B2 JP3145097 B2 JP 3145097B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ドライエッチング装置に係わり、特に半
導体デバイス製造プロセスに不可欠な低損傷,高選択,
高異方性エッチングを可能にするドライエッチング装置
に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching apparatus, and particularly to a low damage, high selection,
The present invention relates to a dry etching apparatus that enables highly anisotropic etching.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体デバイス製造プロセスのドライエッチングにお
いては、選択性が高い、すなわち被エッチング薄膜のエ
ッチング速度がその下地物質あるいはフォトレジストな
どのマスク材のエッチング速度よりはるかに大きいこ
と、また異方性が高い、すなわち被エッチング薄膜の薄
膜表面に垂直方向のエッチング速度が水平方向のエッチ
ング速度よりはるかに大きくエッチング形状においてい
わゆるアンダーカットが無視できること、そして損傷が
小さい、すなわち被エッチング薄膜の表面層にエッチン
グによって生じる物性的変化が極めて小さいことが本質
的に必要である。このようなエッチングの高選択性,高
異方性,低損傷性に対する要請は、デバイスの集積度の
向上に伴い益々高まっている。
In dry etching of a semiconductor device manufacturing process, the selectivity is high, that is, the etching rate of a thin film to be etched is much higher than the etching rate of a base material or a mask material such as a photoresist, and the anisotropy is high, that is, The etching rate in the vertical direction on the thin film surface to be etched is much larger than the etching rate in the horizontal direction, so-called undercut is negligible in the etched shape. It is essential that the change be very small. The demand for such high selectivity, high anisotropy, and low damage of etching has been increasing with the improvement of the degree of integration of devices.

従来のドライエッチング装置としては、RF放電やマイ
クロ波放電などによる高周波放電プラズマを用いたもの
があり、微細加工性と量産性を兼ね備えた装置として半
導体デバイス製造プロセスの中で広範に採用されてい
る。
Conventional dry etching equipment uses high-frequency discharge plasma such as RF discharge or microwave discharge, and is widely used in the semiconductor device manufacturing process as a device that has both fine workability and mass productivity. .

第6図は例えば明石和夫、服部秀三,松本修編「光・
プラズマプロセシング」(日刊工業新聞社,東京,昭和
61年),第10章“プラズマエッチングの基礎”(安田幸
夫執筆)に示された従来のRF放電プラズマを用いたドラ
イエッチング装置の概略を示す断面図である。
Fig. 6 shows, for example, Kazuo Akashi, Shuzo Hattori, Osamu Matsumoto,
Plasma Processing ”(Nikkan Kogyo Shimbun, Tokyo, Showa
This is a cross-sectional view showing the outline of a conventional dry etching apparatus using RF discharge plasma shown in Chapter 10, "Basics of Plasma Etching" (authored by Yukio Yasuda).

図において、1は被エッチング基板、2はこの被エッ
チング基板1が載置された第1の平行平板電極、3はこ
の平行平板電極2に対向して配置された第2の平行平板
電極、4は上記第1の平行平板電極2とこの第2の平行
平板電極3が設置されたプラズマ反応真空容器、5はこ
の容器4の内部ガスを排気する真空排気手段、6は上記
第1の平行平板電極2と上記第2の平行平板電極3との
間にRF電力を印加するRF電力印加手段、7は上記プラズ
マ反応容器4内に供給されるエッチングガスAが充填さ
れたガスボンベ、8はこのガスボンベ7から上記容器4
内へのエッチングガス流量を調節するガス流量制御手
段、9は上記容器4内のエッチングガス圧力を監視する
圧力計、10は上記第1の平行平板電極2と上記第2の平
行平板電極3の間に生じるRF放電プラズマである。
In the drawing, reference numeral 1 denotes a substrate to be etched, 2 denotes a first parallel plate electrode on which the substrate 1 is mounted, 3 denotes a second parallel plate electrode disposed opposite to the parallel plate electrode 2, 4 Is a plasma reaction vacuum vessel in which the first parallel plate electrode 2 and the second parallel plate electrode 3 are installed, 5 is a vacuum exhaust means for exhausting the gas inside the vessel 4, and 6 is the first parallel plate. RF power applying means for applying RF power between the electrode 2 and the second parallel plate electrode 3, a gas cylinder 7 filled with the etching gas A supplied into the plasma reaction vessel 4, and a gas cylinder 8 7 to the above container 4
Gas flow rate control means for adjusting the flow rate of the etching gas into the chamber, 9 is a pressure gauge for monitoring the pressure of the etching gas in the vessel 4, and 10 is the pressure gauge of the first parallel plate electrode 2 and the second parallel plate electrode 3. This is the RF discharge plasma generated between them.

被エッチング基板1上の被エッチング材,下地物質,
フォトレジストとしては、例えば多結晶シリコン(Poly
crystalline Si),酸化シリコン(SiO2),PMMA(Poly
[Methyl Methacrylate])がそれぞれ用いられ、ガス
ボンベ7内に充填されるエッチングガスAとしては、例
えば塩素(Cl2)とアルゴン(Ar)の混合ガスが用いら
れる。また、RF電力印加手段6の周波数は、例えば13.5
6MHzである。
The material to be etched, the base material,
As the photoresist, for example, polycrystalline silicon (Poly
crystalline Si), silicon oxide (SiO 2 ), PMMA (Poly
[Methyl Methacrylate]) is used, and as the etching gas A filled in the gas cylinder 7, for example, a mixed gas of chlorine (Cl 2 ) and argon (Ar) is used. The frequency of the RF power applying means 6 is, for example, 13.5
6 MHz.

次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.

まず被エッチング基板1をプラズマ反応真空容器4内
の第1の平行平板電極2上に載置した後、真空排気手段
5により容器4内の真空排気を行う。続いてガス流量制
御手段8によりガスボンベ7から容器4内に供給される
エッチングガスAの流量を調節,設定し、さらに圧力計
9により容器4内のガス圧力を監視しつつ真空排気手段
5のガス排気速度を調節して、容器4内のエッチングガ
ス圧力を設定する。
First, after the substrate 1 to be etched is placed on the first parallel plate electrode 2 in the plasma reaction vacuum vessel 4, the inside of the vessel 4 is evacuated by the vacuum exhaust means 5. Subsequently, the flow rate of the etching gas A supplied from the gas cylinder 7 into the container 4 is adjusted and set by the gas flow rate control means 8, and the gas pressure in the container 4 is monitored while the gas pressure in the container 4 is monitored by the pressure gauge 9. The etching speed is adjusted to set the etching gas pressure in the container 4.

次いで、RF電力印加手段6により第1,第2の平行平板
電極2,3の間にRF電力を印加すると、プラズマ反応容器
4内のエッチングガスは該両電極2,3間に生じる高周波
グロー放電により電離し、反応性弱電離プラズマ10が発
生する。その結果生じた中性原子ラジカルや原子イオ
ン、あるいはそれらの組合せから構成される中性分子ラ
ジカルや分子イオンにより、基板1上の物質はエッチン
グされる。
Next, when RF power is applied between the first and second parallel plate electrodes 2 and 3 by the RF power applying means 6, the etching gas in the plasma reaction vessel 4 is subjected to a high frequency glow discharge generated between the electrodes 2 and 3. , And the reactive weakly ionized plasma 10 is generated. The substance on the substrate 1 is etched by the resulting neutral molecular radicals and atomic ions or neutral molecular radicals and molecular ions composed of a combination thereof.

ここで、エッチングガスAとして、例えば塩素(C
l2)とアルゴン(Ar)の混合ガスを用いた場合、中性原
子ラジカルとしてはCl、原子イオンとしてはCl+とAr+
そして分子イオンとしてはCl2 +が生じる。この例の場
合、分子ラジカルは存在しない。また、プラズマ反応容
器4内のエッチングガス圧力は0.01〜1Torr,ガス密度で
示すと3×1014〜3×1016cm-3であり、プラズマ密度は
109〜1011cm-3程度である。
Here, for example, chlorine (C
l 2 ) and a mixed gas of argon (Ar), Cl is used as a neutral atomic radical, Cl + and Ar + are used as atomic ions,
And Cl 2 + is generated as a molecular ion. In this case, there are no molecular radicals. The etching gas pressure in the plasma reactor 4 is 0.01 to 1 Torr, and the gas density is 3 × 10 14 to 3 × 10 16 cm −3 , and the plasma density is
It is about 10 9 -10 11 cm -3 .

第7図は、この従来のRF放電プラズマを用いたエッチ
ング装置において、プラズマ中の電極上に載置された基
板上物質がエッチングされるメカニズムを説明するため
の概略図である。このような放電プラズマ中には、様々
なエネルギーを持つ多くの種類の中性原子,分子とそれ
らのイオンおよび様々なエネルギーの電子と光子(輻
射)が存在するが、基板上物質のエッチングに直接寄与
する粒子は、基板近傍に形成される空間電荷領域(シー
ス)における原子,分子イオンと中性原子,分子ラジカ
ルである。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a mechanism in which a substance on a substrate placed on an electrode in plasma is etched in an etching apparatus using the conventional RF discharge plasma. In such a discharge plasma, there are many kinds of neutral atoms and molecules with various energies, their ions, and electrons and photons (radiation) of various energies. The contributing particles are atoms and molecular ions and neutral atoms and molecular radicals in a space charge region (sheath) formed near the substrate.

このシース領域において、正の電荷を持つ正イオン
は、100V〜1kV程度のシース電位(プラズマ電位+電極
の自己バイアス電位)によって基板方向に加速され基板
表面に垂直に入射する傾向にあるが、中性ラジカルはシ
ース電位に応答せず、500〜1000゜K程度の熱的な無秩序
運動によって基板表面に等方的に入射する。
In this sheath region, positive ions having a positive charge tend to be accelerated in the direction of the substrate by a sheath potential (plasma potential + self-bias potential of the electrode) of about 100 V to 1 kV and vertically incident on the substrate surface. The radicals do not respond to the sheath potential, and are isotropically incident on the substrate surface by thermal random motion of about 500 to 1000 ° K.

このようなドライエッチング装置において、エッチン
グの選択性、すなわち被エッチング薄膜のエッチング速
度とその下地物質あるいはフォトレジストなどのマスク
材のエッチング速度との比は、主に中性ラジカルのそれ
ぞれの物質に対する化学反応性の差異によって得られる
が、基板表面に対し等方的に入射する中性ラジカルのみ
による化学的エッチングは等方的である。
In such a dry etching apparatus, the selectivity of etching, that is, the ratio of the etching rate of a thin film to be etched to the etching rate of a base material or a mask material such as a photoresist is mainly determined by a chemical reaction of a neutral radical with respect to each substance. Although it is obtained by the difference in reactivity, chemical etching using only neutral radicals isotropically incident on the substrate surface is isotropic.

一方、エッチングの異方性、すなわち被エッチング薄
膜の薄膜表面に垂直方向のエッチング速度と水平方向の
エッチング速度との比は、主にシース電位によって加速
され、基板表面に垂直に入射するイオンの基板表面に対
する運動の方向性によって得られるが、イオンによる物
理的スパッタリングは、それぞれの物質に対して非選択
的であり、また被エッチング薄膜表面層に少なからず損
傷を与える。現実的には、イオンアシスト過程と呼ばれ
るこれら中性ラジカルとイオンとの競合過程によって基
板上物質のエッチングが進行する。
On the other hand, the etching anisotropy, that is, the ratio of the etching rate in the vertical direction to the thin film surface of the thin film to be etched and the etching rate in the horizontal direction, is mainly accelerated by the sheath potential, and the ions of the ions which are vertically incident on the substrate surface. Physical sputtering by ions, which is obtained by the direction of motion relative to the surface, is non-selective for each substance and causes considerable damage to the surface layer of the thin film to be etched. In reality, the etching of the substance on the substrate proceeds by a competition process between these neutral radicals and ions, which is called an ion assist process.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来の放電プラズマを用いたドライエッチング装置
は、以上のようにプラズマ中の電極上に被エッチング基
板を載置し、基板近傍に形成される空間電荷領域(シー
ス)において、シース電位によって加速され基板表面に
垂直に入射するイオンの運動の方向性のみによりエッチ
ングの異方性を得るように構成されているので、エッチ
ングの異方性を高くするにはシース電位ひいてはイオン
の基板への入射エネルギーを高くしなければならず、そ
の結果、高異方性を得ようとすればするほど選択性が低
下し、損傷が増加するという問題点があった。
The conventional dry etching apparatus using discharge plasma places the substrate to be etched on the electrode in the plasma as described above, and accelerates the substrate by a sheath potential in a space charge region (sheath) formed near the substrate. Since it is configured to obtain anisotropy of etching only by the directionality of the movement of ions which are perpendicularly incident on the surface, in order to increase the anisotropy of etching, the sheath potential and, consequently, the incident energy of the ions into the substrate are required. As a result, the higher the anisotropy is to be obtained, the lower the selectivity is and the more the damage is increased.

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、超高異方性とともに超高選択性と極低損傷
性をも同時に満足するエッチングを実現できるドライエ
ッチング装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a dry etching apparatus capable of realizing etching that simultaneously satisfies both ultra-high anisotropy and ultra-high selectivity and extremely low damage. Aim.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本願の請求項1の発明に係るドライエッチング装置
は、原料気体を導入して、被エッチング材料のエッチン
グを行うドライエッチング装置において、生成気体を噴
出する噴出ノズルを有し、上記原料気体の原子分子を電
離してプラズマを生成するための放電室と、該プラズマ
を上記噴出ノズルを介して内部に導入し、これを超音速
膨張させて超音速自由噴流を形成するための第1の真空
室と、該プラズマの超音速自由噴流から超音速分子流を
抽出するスキマーを有し、該超音速分子流を導入するた
めの第2の真空室とを備え、該第2の真空室内に取り出
されたプラズマの超音速分子流を上記被エッチング材料
に吹きつけるようにしたものである。
The dry etching apparatus according to the invention of claim 1 of the present application is a dry etching apparatus for introducing a source gas and etching a material to be etched, wherein the dry etching apparatus has a jet nozzle for jetting a generated gas, and the atomic molecules of the source gas are provided. And a first vacuum chamber for introducing the plasma into the interior through the ejection nozzle and supersonic expanding the plasma to form a supersonic free jet. Having a skimmer for extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of the plasma, and a second vacuum chamber for introducing the supersonic molecular flow, and taken out of the second vacuum chamber. The supersonic molecular flow of plasma is blown onto the material to be etched.

また、本願の請求項2の発明に係るドライエッチング
装置は、原料気体を導入して被エッチング材料のエッチ
ングを行うドライエッチング装置において、生成気体を
噴出する噴出ノズルを有し、上記原料気体の原子分子を
電離してプラズマを生成するための放電室と、該プラズ
マを上記噴出ノズルを介して内部に導入し、これを超音
速膨張させて超音速自由噴流を形成するための第1の真
空室と、該プラズマの超音速自由噴流からプラズマの超
音速分子流を抽出するスキマーを有し、該超音速分子流
を導入するための第2の真空室と、該第2の真空室内に
取り出されたプラズマの超音速分子流からイオンと電子
とを除去して中性原子分子気体の超音速分子流を形成す
る荷電粒子除去手段とを備え、該中性原子分子気体の超
音速分子流を上記被エッチング材料に吹きつけるように
したものである。
Further, the dry etching apparatus according to the invention of claim 2 of the present application is a dry etching apparatus for etching a material to be etched by introducing a raw material gas, comprising a jet nozzle for jetting a generated gas, A discharge chamber for generating plasma by ionizing molecules, and a first vacuum chamber for introducing the plasma into the interior through the ejection nozzle and supersonic expansion to form a supersonic free jet And a skimmer for extracting a supersonic molecular flow of the plasma from the supersonic free jet of the plasma; a second vacuum chamber for introducing the supersonic molecular flow; and a skimmer taken out of the second vacuum chamber. Charged ion removing means for removing ions and electrons from the supersonic molecular flow of the plasma to form a supersonic molecular flow of a neutral atomic molecular gas, wherein the supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas is Suffered In which was set to blow the etching material.

また、本願の請求項3の発明に係るドライエッチング
装置は、反応性気体原子分子の放電を用いるドライエッ
チング装置において、プラズマを生成する放電室と、該
放電室において生成されたプラズマを超音速膨張させ
る、開口部断面が矩形スリット状の二次元ノズルと第1
の真空室と、前記放電室から該ノズルを通して、該第1
の真空室内に超音速自由膨張して形成されたプラズマの
超音速自由噴流から超音速分子流を抽出する、開口部断
面が矩形スリット状の二次元スキマーと第2の真空室と
を備え、前記第1の真空室から該スキマーを通して、該
第2の真空室内に取り出されたプラズマの超音速分子流
を、被エッチング基板に吹きつけてエッチングを行うよ
うにしたものである。
Further, the dry etching apparatus according to the invention of claim 3 of the present application is a dry etching apparatus using discharge of reactive gas atomic molecules, wherein a discharge chamber for generating plasma, and the plasma generated in the discharge chamber are supersonic expanded. The two-dimensional nozzle having a rectangular slit-shaped opening
Through the nozzle from the discharge chamber and the first
A two-dimensional skimmer having a rectangular slit-shaped opening section and a second vacuum chamber for extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of plasma formed by supersonic free expansion in a vacuum chamber, The supersonic molecular flow of the plasma taken out from the first vacuum chamber through the skimmer into the second vacuum chamber is blown onto the substrate to be etched to perform the etching.

また、本願の請求項4の発明に係るドライエッチング
装置は、反応性気体原子分子の放電を用いるドライエッ
チング装置において、プラズマを生成する放電室と、該
放電室において生成されたプラズマを超音速膨張させ
る、開口部断面が矩形スリット状の二次元ノズルと第1
の真空室と、前記放電室から該ノズルを通して該第1の
真空室内に超音速自由膨張して形成されたプラズマの超
音速自由噴流から超音速分子流を抽出する、開口部断面
が矩形スリット状の二次元スキマーと第2の真空室と、
前記第1の真空室内から該スキマーを通して該第2の真
空室内に取り出されたプラズマの超音速分子流から荷電
粒子を除去する手段とを備え、前記第2の真空室内に取
り出されたプラズマの超音速分子流から、前記荷電粒子
除去手段によってイオンと電子を取り除いた中性原子分
子気体の超音速分子流を、被エッチング基板に吹きつけ
てエッチングを行うようにしたものである。
Further, the dry etching apparatus according to the invention of claim 4 of the present application is a dry etching apparatus using discharge of reactive gas atomic molecules, wherein a discharge chamber for generating plasma, and the plasma generated in the discharge chamber are supersonic expanded. The two-dimensional nozzle having a rectangular slit-shaped opening
Extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of plasma formed by supersonic free expansion from the discharge chamber through the nozzle into the first vacuum chamber, the opening having a rectangular slit shape. A two-dimensional skimmer and a second vacuum chamber,
Means for removing charged particles from a supersonic molecular flow of the plasma taken out of the first vacuum chamber through the skimmer into the second vacuum chamber, wherein the supersonic wave of the plasma taken out of the second vacuum chamber is provided. The supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas from which ions and electrons have been removed from the sonic molecular flow by the charged particle removing means is blown onto the substrate to be etched to perform etching.

また、本願の請求項5の発明に係るドライエッチング
装置は、請求項3または4記載のドライエッチング装置
において、前記被エッチング基板の位置を、前記流れに
垂直な断面形状が矩形スリット状のシート状ビームとな
る超音速分子流に対して、相対的にその短辺方向に移動
させながらエッチングを行うようにしたものである。
The dry etching apparatus according to the invention of claim 5 of the present application is the dry etching apparatus according to claim 3 or 4, wherein the position of the substrate to be etched is a sheet shape having a rectangular cross section perpendicular to the flow. The etching is performed while relatively moving the supersonic molecular flow as a beam in the direction of the short side.

また、本願の請求項6の発明に係るドライエッチング
装置は、反応性気体原子分子の放電を用いるドライエッ
チング装置において、プラズマを生成する放電室と、該
放電室において生成されたプラズマを超音速膨張させる
ノズルと第1の真空室と、前記放電室から該ノズルを通
して、該第1の真空室内に超音速自由膨張して形成され
たプラズマの超音速自由噴流から超音速分子流を抽出す
るスキマーと第2の真空室とを備え、前記放電室に反応
性気体と、ヘリウムあるいは水素等の軽元素気体を導入
して該混合気体を電離し、前記第1の真空室から該スキ
マーを通して、前記第2の真空室内に取り出された該プ
ラズマの超音速分子流を、被エッチング基板に吹きつけ
てエッチングを行うようにしたものである。
Further, the dry etching apparatus according to the invention of claim 6 of the present application is a dry etching apparatus using discharge of reactive gas atomic molecules, wherein a discharge chamber for generating plasma and a plasma generated in the discharge chamber are supersonic expanded. A nozzle, a first vacuum chamber, and a skimmer for extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of plasma formed by supersonic free expansion through the nozzle from the discharge chamber and into the first vacuum chamber. A second vacuum chamber, wherein a reactive gas and a light element gas such as helium or hydrogen are introduced into the discharge chamber to ionize the mixed gas, and the mixed gas is ionized from the first vacuum chamber through the skimmer. The supersonic molecular flow of the plasma taken out into the vacuum chamber of No. 2 is blown onto the substrate to be etched to perform the etching.

また、本願の請求項7の発明に係るドライエッチング
装置は、反応性気体原子分子の放電を用いるドライエッ
チング装置において、プラズマを生成する放電室と、該
放電室において生成されたプラズマを超音速膨張させる
ノズルと第1の真空室と、前記放電室から該ノズルを通
して該第1の真空室内に超音速自由膨張して形成された
プラズマの超音速自由噴流から超音速分子流を抽出する
スキマーと第2の真空室と、前記第1の真空室から該ス
キマーを通して該第2の真空室内に取り出されたプラズ
マの超音速分子流から荷電粒子を除去する手段とを備
え、前記放電室に反応性気体と、ヘリウムあるいは水素
等の軽元素気体を導入して該混合気体を電離し、前記第
2の真空室内に取り出された該プラズマの超音速分子流
から、前記荷電粒子除去手段によってイオンと電子を取
り除いた中性原子分子気体の超音速分子流を、被エッチ
ング基板に吹き付けてエッチングを行うようにしたもの
である。
Further, the dry etching apparatus according to the invention of claim 7 of the present application is a dry etching apparatus using discharge of reactive gas atomic molecules, wherein a discharge chamber for generating plasma, and the plasma generated in the discharge chamber are supersonic expanded. A nozzle, a first vacuum chamber, a skimmer for extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of plasma formed by supersonic free expansion from the discharge chamber through the nozzle into the first vacuum chamber. A vacuum chamber, and means for removing charged particles from a supersonic molecular flow of plasma taken out of the first vacuum chamber through the skimmer into the second vacuum chamber. And introducing a light element gas such as helium or hydrogen to ionize the mixed gas and remove the charged particles from the supersonic molecular flow of the plasma taken out into the second vacuum chamber. The supersonic molecular flow of neutral atoms and molecules gases removed ions and electrons by means, in which to perform the etching by spraying the etching target substrate.

また、本願の請求項8の発明に係るドライエッチング
装置は、請求項6または7記載のドライエッチング装置
において、前記放電室を2室に分け、ヘリウムあるいは
水素等の軽元素気体を導入して該軽元素気体を電離する
第1室と、該電離して生成したプラズマが流入し、さら
に反応性気体を導入して両気体を混合させる第2室とを
設けるようにしたものである。
The dry etching apparatus according to the invention of claim 8 of the present application is the dry etching apparatus according to claim 6 or 7, wherein the discharge chamber is divided into two chambers, and a light element gas such as helium or hydrogen is introduced. A first chamber for ionizing the light element gas and a second chamber for introducing the plasma generated by the ionization, further introducing the reactive gas, and mixing the two gases are provided.

〔作用〕[Action]

本願の請求項1の発明においては、上述のように構成
することにより、放電によって生成されたプラズマを真
空中に超音速膨張させて、気体温度が極めて低い、すな
わち中性原子分子やイオンなど重粒子の熱運動速度が極
めて小さく重粒子間の相互作用が無視できるプラズマの
超音速分子流を生成し、このプラズマの超音速分子流を
被エッチング基板に吹きつけるようにしたから、プラズ
マのイオンや中性原子分子は低温低エネルギー粒子ビー
ムとして基板表面に垂直に入射することとなる。この場
合イオンや中性ラジカルの基板表面に対して水平方向の
速度成分は垂直方向の入射速度に比べて極めて小さく、
また入射エネルギーは物理的スパッタしきい値に比べて
遙かに小さい。このため本装置では、中性ラジカルによ
る非等方的化学エッチングが基板上物質のエッチング過
程を支配することになり、超高異方性のみならず超高選
択性と極低損傷性をも同時に満足するエッチングが可能
となる。
In the invention of claim 1 of the present application, with the above-described configuration, the plasma generated by the discharge is supersonic expanded in a vacuum, and the gas temperature is extremely low, that is, heavy atoms such as neutral atomic molecules and ions. A supersonic molecular flow of plasma, in which the thermal motion velocity of the particles is extremely small and the interaction between heavy particles is negligible, is generated, and the supersonic molecular flow of the plasma is blown onto the substrate to be etched, so that the plasma ions and Neutral atomic molecules are incident perpendicularly to the substrate surface as a low-temperature low-energy particle beam. In this case, the velocity component of the ions and neutral radicals in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small compared to the incident velocity in the vertical direction,
Also, the incident energy is much smaller than the physical sputter threshold. For this reason, in this device, anisotropic chemical etching by neutral radicals governs the etching process of the substance on the substrate, and not only ultra-high anisotropy but also ultra-high selectivity and extremely low damage Satisfactory etching becomes possible.

また、本願の請求項2の発明においては、上述のよう
に構成することにより、上記プラズマの超音速分子流か
らイオンと電子を取り除いて、気体温度が極めて低い、
すなわち中性原子分子の熱運動速度が極めて小さく粒子
間の相互作用が無視できる中性原子分子気体の超音速分
子流を取り出し、この中性原子分子気体の超音速分子流
を被エッチング基板に吹きつけるようにしたから、中性
原子分子は低温低エネルギー粒子ビームとして基板表面
に垂直に入射する。
Further, in the invention of claim 2 of the present application, by configuring as described above, ions and electrons are removed from the supersonic molecular flow of the plasma, and the gas temperature is extremely low.
In other words, the supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas, in which the thermal motion velocity of neutral atomic molecules is extremely small and the interaction between particles is negligible, is taken out and this supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas is blown onto the substrate to be etched. As a result, the neutral atom molecules are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy particle beam.

従って、この場合は中性ラジカルによる非等方的化学
エッチングのみにより基板上物質のエッチングが進行す
ることとなり、超高異方性,超高選択性及び極低損傷性
を同時に満足するエッチングが可能となるだけでなく、
被エッチング基板のチャージアップによる静電的な破壊
を防止することができる。
Therefore, in this case, the etching of the substance on the substrate proceeds only by the anisotropic chemical etching by the neutral radical, and the etching which satisfies the ultra-high anisotropy, the ultra-high selectivity and the extremely low damage simultaneously can be performed. Not only
Electrostatic breakdown due to charge-up of the substrate to be etched can be prevented.

また、本願の請求項3の発明においては、上述のよう
に構成することにより、まず放電によって生成されたプ
ラズマを真空中に超音速膨張させて、気体温度が極めて
低いすなわち中性原子分子やイオンなど重粒子の熱運動
速度が極めて小さく、重粒子間の相互作用が無視できる
プラズマの超音速分子流を生成し、このプラズマの超音
速分子流を被エッチング基板に吹きつけるようにしたの
で、プラズマのイオンや中性原子分子ラジカルは低温低
エネルギー粒子ビームとして基板表面に垂直に入射する
ことになる。この場合、イオンや中性ラジカルの基板表
面に対して水平方向の速度成分は、垂直方向の入射速度
に比べて極めて小さく、また入射エネルギーは物理的ス
パッタしきい値に比べて遙かに小さい。このため、本ド
ライエッチング装置においては、中性ラジカルによる非
等方的化学エッチングが基板上物質のエッチング過程を
支配することにより、超高異方性のみならず超高選択性
と極低損傷性をも同時に満足するエッチングが可能とな
る。
In the invention of claim 3 of the present application, by configuring as described above, first, the plasma generated by the discharge is supersonic expanded in a vacuum, and the gas temperature is extremely low, that is, neutral atom molecules or ions. Since the thermal motion speed of heavy particles is extremely low, the interaction between heavy particles is negligible and a supersonic molecular flow of plasma is generated, and this supersonic molecular flow of plasma is blown onto the substrate to be etched. Ions and neutral atomic molecular radicals are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy particle beam. In this case, the velocity component of the ions and neutral radicals in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. For this reason, in this dry etching apparatus, the anisotropic chemical etching by neutral radicals controls the etching process of the substance on the substrate, so that not only ultra-high anisotropy but also ultra-high selectivity and extremely low damage Can be satisfied at the same time.

また、本願の請求項4の発明においては、上述のよう
に構成することにより、上記プラズマの超音速分子流か
ら荷電粒子のイオンと電子を取り除いて、気体温度が極
めて低い、すなわち中性原子分子の熱運動速度が極めて
小さく粒子間の相互作用が無視できる中性原子分子気体
の超音速分子流を取り出し、この中性原子分子気体の超
音速分子流を被エッチング基板に吹きつけるようにした
ので、中性原子分子ラジカルは低温低エネルギ粒子ビー
ムとして基板表面に垂直に入射することになる。この場
合、中性ラジカルの基板表面に対して水平方向の速度成
分は、垂直方向の入射速度に比べて極めて小さく、また
入射エネルギーは物理的スパッタしきい値に比べて遙か
に小さい。このため、中性ラジカルによる非等方的化学
エッチングのみにより、基板上物質のエッチングが進行
することとなり、超高異方性,超高選択性および極低損
傷性を同時に満足するエッチングが可能となるだけでな
く、荷電粒子による被エッチング基板の帯電(チャージ
アップ)に起因する静電的な破壊を防止することができ
る。
In the invention of claim 4 of the present application, by employing the above-described structure, ions and electrons of charged particles are removed from the supersonic molecular flow of the plasma, and the gas temperature is extremely low, that is, neutral atomic molecules The supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas, whose thermal motion velocity is extremely small and the interaction between particles is negligible, was taken out, and this supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas was blown onto the substrate to be etched. On the other hand, neutral atomic molecular radicals are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy particle beam. In this case, the velocity component of the neutral radical in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. Therefore, the etching of the substance on the substrate proceeds only by the anisotropic chemical etching by the neutral radical, and it is possible to perform the etching which simultaneously satisfies the ultra-high anisotropy, the ultra-high selectivity and the ultra-low damage property. In addition, electrostatic destruction due to charging (charge-up) of the substrate to be etched by charged particles can be prevented.

また、本願の請求項5の発明においては、上述のよう
に構成することにより、上記プラズマの超音速分子流
や、上記中性原子分子気体の超音速分子流においては、
それらの生成に際して開口部断面が矩形スリット状の二
次元ノズルとスキマーを用いているため、流れに垂直な
断面形状が矩形スリット状となる。そこで、上記被エッ
チング基板の位置を、超音速分子流に対して相対的に、
その断面の短辺方向に移動させながらエッチングを行う
ようにしたので、超高異方性,超高選択性および極低損
傷性を同時に満足するエッチングが大口径基板に対して
可能となる。
Further, in the invention of claim 5 of the present application, by configuring as described above, in the supersonic molecular flow of the plasma and the supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas,
Since a two-dimensional nozzle and a skimmer having a rectangular slit-shaped cross section are used for their generation, the cross-sectional shape perpendicular to the flow is a rectangular slit. Therefore, the position of the substrate to be etched is relatively set with respect to the supersonic molecular flow,
Since the etching is performed while moving in the short side direction of the cross section, it is possible to etch a large-diameter substrate while simultaneously satisfying ultra-high anisotropy, ultra-high selectivity and extremely low damage.

また、本願の請求項6の発明においては、上述のよう
に構成することにより、まず放電室に反応性気体とヘリ
ウムあるいは水素等の軽元素気体を導入して該混合気体
のプラズマを生成し、該プラズマを真空中に超音速膨張
させて、気体温度が極めて低い、すなわち中性原子分子
やイオンなど重粒子の熱運動が極めて小さく、重粒子間
の相互作用が無視できるプラズマの超音速分子流を生成
し、このプラズマの超音速分子流を被エッチング基板に
吹きつけるようにしたので、プラズマのイオンや中性原
子分子ラジカルは低温低エネルギー粒子ビームとして基
板表面に垂直に入射することになる。この場合、イオン
や中性ラジカルの基板表面に対して水平方向の速度成分
は垂直方向の入射速度に比べて極めて小さく、また入射
エネルギーは物理的スパッタしきい値に比べて遙かに小
さい。また、反応性気体の軽元素気体に対する混合比を
小さくすると、反応性気体に関するイオンや中性ラジカ
ルの基板表面に対して垂直方向の入射速度は、軽元素気
体に関する原子分子の入射速度とほぼ等しい値にまで速
くなる。このため、本ドライエッチング装置において
は、速い中性ラジカルによるより非等方的な化学エッチ
ングが基板上物質のエッチング過程を支配することにな
り、超高異方性のみならず、超高選択性と極低損傷性を
も同時に満足するエッチングが高速度で実現できる。
Further, in the invention of claim 6 of the present application, by configuring as described above, first, a reactive gas and a light element gas such as helium or hydrogen are introduced into the discharge chamber to generate plasma of the mixed gas, The plasma is supersonic expanded in a vacuum, and the gas temperature is extremely low, that is, the thermal motion of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is extremely small, and the supersonic molecular flow of plasma in which the interaction between heavy particles can be ignored Is generated, and the supersonic molecular flow of the plasma is blown onto the substrate to be etched, so that the plasma ions and neutral atomic molecular radicals are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy particle beam. In this case, the velocity component of ions and neutral radicals in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. Also, when the mixing ratio of the reactive gas to the light element gas is reduced, the incident velocity of ions and neutral radicals on the reactive gas in the direction perpendicular to the substrate surface is almost equal to the incident velocity of atomic molecules on the light element gas. Up to the value. For this reason, in the present dry etching apparatus, the more anisotropic chemical etching by fast neutral radicals governs the etching process of the substance on the substrate, and not only the ultra-high anisotropy but also the ultra-high selectivity Etching that simultaneously satisfies the ultra-low damage property can be realized at a high speed.

また、本願の請求項7の発明においては、上述のよう
に構成することにより、上記プラズマの超音速分子流か
ら荷電粒子のイオンと電子を取り除いて、気体温度が極
めて低い、すなわち中性原子分子の熱運動速度が極めて
小さく粒子間の相互作用が無視できる中性原子分子気体
の超音速分子流を取り出し、この中性原子分子気体の超
音速分子流を、被エッチング基板に吹きつけるようにし
たので、中性原子分子ラジカルは低温低エネルギー粒子
ビームとして基板表面に垂直に入射することになる。こ
の場合、中性ラジカルの基板表面に対して水平方向の速
度成分は、垂直方向の入射速度に比べて極めて小さく、
また入射エネルギーは物理的スパッタしきい値に比べて
遙かに小さい。また、反応性気体の軽元素気体に対する
混合比を小さくすると、反応性気体に関する中性ラジカ
ルの基板表面に対して垂直方向の入射速度は、軽元素気
体に関する原子分子の入射速度とほぼ等しい値にまで速
くなる。このため速い中性ラジカルによる、より非等方
的な化学エッチングのみにより、基板上物質のエッチン
グが進行することとなり、超高異方性,超高選択性およ
び極低損傷性を同時に満足する高速エッチングが可能と
なるだけでなく、荷電粒子による被エッチング基板の帯
電(チャージアップ)に起因する静電的な破壊を防止す
ることができる。
Further, in the invention of claim 7 of the present application, with the above configuration, ions and electrons of charged particles are removed from the supersonic molecular flow of the plasma, and the gas temperature is extremely low, that is, neutral atomic molecules The supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas, whose thermal motion velocity is extremely small and the interaction between particles is negligible, is taken out, and this supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas is blown onto the substrate to be etched. Therefore, the neutral atomic molecular radicals are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy particle beam. In this case, the velocity component of the neutral radical in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident speed in the vertical direction,
Also, the incident energy is much smaller than the physical sputter threshold. In addition, when the mixing ratio of the reactive gas to the light element gas is reduced, the incident velocity of neutral radicals on the reactive gas in the direction perpendicular to the substrate surface becomes substantially equal to the incident velocity of atomic molecules on the light element gas. Faster. Therefore, the etching of the substance on the substrate proceeds only by the more anisotropic chemical etching due to the fast neutral radical, and the high speed which satisfies ultra-high anisotropy, ultra-high selectivity and ultra-low damage simultaneously. Not only can etching be performed, but also electrostatic destruction due to charging (charge-up) of the substrate to be etched by charged particles can be prevented.

また、本願の請求項8の発明においては、上述のよう
に構成することにより、上記放電室を2室に分けて、ヘ
リウムあるいは水素等の軽元素気体を導入して該軽元素
気体を電離する第1室と、該電離気体が流入し、さらに
反応性気体を導入して両気体を混合させる第2室とを設
けたので、反応性気体原子分子の電離や解離は直接の放
電ではなく、直接の放電によって生成された軽元素気体
プラズマとの相互作用、すなわち放電による電離や解離
によって生成,励起された軽元素気体原子分子やプラズ
マの電子と反応性気体原子分子との衝突によって進行す
る。
In the invention of claim 8 of the present application, by configuring as described above, the discharge chamber is divided into two chambers, and a light element gas such as helium or hydrogen is introduced to ionize the light element gas. Since the first chamber and the second chamber into which the ionized gas flows and into which the reactive gas is further introduced to mix the two gases are provided, the ionization and dissociation of the reactive gas atom molecules are not direct discharges, Interaction with light element gas plasma generated by direct discharge, that is, light element gas atom molecules generated or excited by ionization or dissociation due to discharge or collision of reactive gas atom molecules with electrons of plasma, occurs.

従って、反応性気体原子分子が解離して中性ラジカル
が生成される量は、直接の放電による場合よりも多く、
また反応性気体の直接の放電による放電室の腐食,損傷
の程度も小さくなる。このようにして生成されたプラズ
マから抽出されたプラズマの超音速分子流、あるいはプ
ラズマの超音速分子流から上記荷電粒子除去手段によっ
てイオンと電子を取り除いた中性原子分子気体の超音速
分子流を被エッチング基板に吹きつけてエッチングを行
うようにしたので、超高異方性,超高選択性および極低
損傷性を同時に満足できるエッチングがより高速で得ら
れるとともに、放電室の劣化を抑制し寿命を長くするこ
とができる。
Therefore, the amount of neutral radicals generated by the dissociation of reactive gas atom molecules is greater than in the case of direct discharge,
In addition, the degree of corrosion and damage of the discharge chamber due to the direct discharge of the reactive gas is reduced. The supersonic molecular flow of the plasma extracted from the plasma thus generated, or the supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas obtained by removing ions and electrons from the supersonic molecular flow of the plasma by the above-described charged particle removing means. Since etching is performed by spraying on the substrate to be etched, etching that can simultaneously satisfy ultra-high anisotropy, ultra-high selectivity, and extremely low damage can be obtained at a higher speed, and deterioration of the discharge chamber is suppressed. Life can be extended.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はこの発明の第1の実施例によるドライエッチ
ング装置の構成を示す要部断面図である。図において、
21は反応性気体放電室、22はこの放電室21に隣接して配
置された第1の真空室、23はこの第1の真空室22に隣接
して配置された第2の真空室、24はこの第2の真空室23
に隣接して配置され、被エッチング基板1を載置するた
めの電極2を有する第3の真空室、26は上記反応性気体
放電室21の一端25に設置されたノズル、27は上記第1の
真空室22と上記第2の真空室23とを仕切る第1の隔壁、
28はこの第1の隔壁27に設置されたスキマー、29は上記
第2の真空室23と上記第3の真空室24とを仕切る第2の
隔壁、30はこの第2の隔壁29に設置されたコリメーター
である。
FIG. 1 is a sectional view of a main part showing a configuration of a dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the figure,
21 is a reactive gas discharge chamber, 22 is a first vacuum chamber disposed adjacent to the discharge chamber 21, 23 is a second vacuum chamber disposed adjacent to the first vacuum chamber 22, 24 Is the second vacuum chamber 23
, A third vacuum chamber having an electrode 2 for mounting the substrate 1 to be etched, 26 a nozzle installed at one end 25 of the reactive gas discharge chamber 21, and 27 a first nozzle A first partition partitioning the vacuum chamber 22 from the second vacuum chamber 23;
28 is a skimmer installed on the first partition 27, 29 is a second partition separating the second vacuum chamber 23 and the third vacuum chamber 24, and 30 is installed on the second partition 29. Collimator.

また、31は上記第1の真空室22の排気を行う第1の真
空排気手段、32,33はそれぞれ上記第2,第3の真空室23,
24の排気のための第2,第3の真空排気手段、7は上記反
応性気体放電室21内に供給するエッチングガスAを充填
したガスボンベ、8はこのガスボンベ7から上記放電室
21内へのエッチングガスの流量を調節するガス流量制御
手段、9は上記放電室21内のエッチングガス圧力を監視
するための圧力計、11〜13はそれぞれ上記第1〜第3の
真空室22〜24内の真空度を監視するための第1〜第3の
真空計、14は上記反応性気体放電室21の周囲に設置され
た高周波誘導コイル、6はこのコイル14にRF電力を印加
するRF電力印加手段である。
Reference numeral 31 denotes first vacuum exhaust means for exhausting the first vacuum chamber 22, and reference numerals 32, 33 denote the second and third vacuum chambers 23, 33, respectively.
24, a second and third vacuum exhaust means for exhausting gas; 7, a gas cylinder filled with an etching gas A to be supplied into the reactive gas discharge chamber 21;
Gas flow rate control means for adjusting the flow rate of the etching gas into the chamber 21; 9 is a pressure gauge for monitoring the etching gas pressure in the discharge chamber 21; 11 to 13 are the first to third vacuum chambers 22; The first to third vacuum gauges for monitoring the degree of vacuum in to 24, a high-frequency induction coil 14 provided around the reactive gas discharge chamber 21, and a RF power applied to the coil 14 RF power application means.

また、10は上記放電室21の上記コイル14が設置された
部分に生じるRF誘導放電プラズマ、Dはこのプラズマ10
が上記ノズル26を通して上記第1の真空室22内に導入さ
れ、ここで超音速膨張することによって形成されたプラ
ズマの超音速自由噴流、Eはこのプラズマの超音速自由
噴流Dから上記スキマー28を通して上記第2の真空室23
内に抽出されたプラズマの超音速分子流、Jはこのプラ
ズマの超音速分子流Eのうち、上記コリメーター30を通
過して上記第3の真空室24内に流入したプラズマの超音
速分子流で、上記被エッチング基板1はこのプラズマの
超音速分子流Jに対向するよう上記第3の真空室24内の
電極2上に設置されている。
Reference numeral 10 denotes an RF induced discharge plasma generated in a portion of the discharge chamber 21 where the coil 14 is installed.
Is introduced into the first vacuum chamber 22 through the nozzle 26, where a supersonic free jet of plasma formed by supersonic expansion, E, passes from the supersonic free jet D of the plasma through the skimmer 28. The second vacuum chamber 23
The supersonic molecular flow J of the plasma extracted inside the supersonic molecular flow E of the plasma that has passed through the collimator 30 and flowed into the third vacuum chamber 24 out of the supersonic molecular flow E of this plasma The substrate 1 to be etched is placed on the electrode 2 in the third vacuum chamber 24 so as to face the supersonic molecular flow J of the plasma.

なお、上記ノズル26,スキマー28および上記コリメー
ター30は一直線上に配置され、上記第1の真空室22内の
超音速自由噴流D、上記第2の真空室23内の超音速分子
流E、および上記第3の真空室24内の超音速分子流Jの
中心軸と同一軸上にある。
The nozzle 26, the skimmer 28 and the collimator 30 are arranged in a straight line, and the supersonic free jet D in the first vacuum chamber 22, the supersonic molecular flow E in the second vacuum chamber 23, And on the same axis as the central axis of the supersonic molecular flow J in the third vacuum chamber 24.

また、被エッチング基板1上の被エッチング材,下地
物質,フォトレジストとしては、例えば従来例と同じく
多結晶シリコン,二酸化シリコン,PMMAがそれぞれ用い
られ、ガスボンベ7内に充填されるエッチングガスAと
しても、例えば従来例と同じく塩素とアルゴンの混合ガ
スが用いられる。また、RF電力印加手段6の周波数も、
例えば従来例と同じく13.56MHzである。
Further, as a material to be etched, a base material, and a photoresist on the substrate 1 to be etched, for example, polycrystalline silicon, silicon dioxide, and PMMA are used as in the conventional example, and the etching gas A filled in the gas cylinder 7 is also used. For example, a mixed gas of chlorine and argon is used as in the conventional example. Also, the frequency of the RF power applying means 6 is
For example, 13.56 MHz as in the conventional example.

次に、上記実施例に係るドライエッチング装置の動作
について説明する。
Next, the operation of the dry etching apparatus according to the above embodiment will be described.

まず、第1〜第3の真空排気手段31〜33により、それ
ぞれ第1〜第3の真空室22〜24の排気を行い、反応性気
体放電室21と第1〜第3の真空室22〜24を所定の真空度
にする。
First, the first to third vacuum chambers 22 to 24 are evacuated by the first to third vacuum exhaust means 31 to 33, respectively, and the reactive gas discharge chamber 21 and the first to third vacuum chambers 22 to 24 is set to a predetermined degree of vacuum.

次いで第1〜第3の真空排気手段31〜33による排気を
行いつつ、反応性気体放電室21内にガスボンベ7からガ
ス流量制御手段8を通してエッチングガスAを導入し、
さらに圧力計9により放電室21内のガス圧力を監視しつ
つ、ガス流量制御手段8によりエッチングガス流量を調
節して放電室21内のガス圧力を設定する。
Next, the etching gas A is introduced from the gas cylinder 7 into the reactive gas discharge chamber 21 through the gas flow rate control means 8 while the first to third vacuum exhaust means 31 to 33 are evacuated,
Further, the gas pressure in the discharge chamber 21 is set by monitoring the gas pressure in the discharge chamber 21 by the pressure gauge 9 and adjusting the flow rate of the etching gas by the gas flow rate control means 8.

続いて、RF電力印加手段6により高周波誘導コイル14
にRF電力を印加すると、放電室21内のエッチングガス
は、RF誘導グロー放電あるいはアーク放電により電離
し、反応性弱電離プラズマ10が発生する。ここで、上記
放電室21内の圧力は102〜103Torr程度、温度は103〜104
度程度であり、圧力は圧力計9により示される。
Subsequently, the high frequency induction coil 14 is
When RF power is applied to the etching gas, the etching gas in the discharge chamber 21 is ionized by RF-induced glow discharge or arc discharge, and the reactive weakly ionized plasma 10 is generated. Here, the pressure in the discharge chamber 21 is about 10 2 to 10 3 Torr, and the temperature is 10 3 to 10 4 Torr.
Degree, and the pressure is indicated by the pressure gauge 9.

上記反応性気体放電室21において生成されたエッチン
グガスAのプラズマは、ノズル26を通過して第1の真空
室22内に導入され、ここで超音速膨張し、超音速自由噴
流Dを形成する。該ノズル26の開口径は例えば1mm程度
で、また第1の真空室22内の真空度は10-3〜10-2Torr程
度に保持されており、これは第1の真空計11により表示
される。
The plasma of the etching gas A generated in the reactive gas discharge chamber 21 passes through the nozzle 26 and is introduced into the first vacuum chamber 22, where it expands at supersonic speed to form a supersonic free jet D. . The opening diameter of the nozzle 26 is, for example, about 1 mm, and the degree of vacuum in the first vacuum chamber 22 is maintained at about 10 -3 to 10 -2 Torr, which is indicated by the first vacuum gauge 11. You.

上記超音速自由噴流Dは第2図にその詳細を示すよう
に、静寂領域(Zone of Silence)と呼ばれる超音速自
由膨張流の領域と、この静寂領域を取り囲む樽型衝撃波
(Barrel Shock)及びマッハ円盤(Mach Disk)と呼ば
れる衝撃波とによって特徴づけられる。なお、樽型衝撃
波の周囲にはジェット境界(Jet Boundary)が、またマ
ッハ円盤の下流には反射衝撃波(Reflected Shock)が
存在する。上記静寂領域内の超音速自由膨張流において
は、流れの中心軸に沿って下流に移るに従い、気体の超
音速自由膨張、言いかえれば気体の断熱膨張によりプラ
ズマの密度と温度、すなわちプラズマを構成する中性原
子分子,イオン,および電子の密度と温度が減少する。
従って、プラズマの粒子間衝突頻度は減少し電離度は凍
結するが、流速は増大する。そして、ノズル26から該ノ
ズル26の開口径の10倍程度以上下流において、プラズマ
の気体温度、すなわち中性原子分子やイオンなど重粒子
の温度は絶対温度で数度以下の極低温となり、重粒子間
の衝突頻度はほぼ無限小となる。但し、プラズマの電子
温度は重粒子の温度ほどには低下せず、103度程度に止
まる。
As shown in detail in FIG. 2, the supersonic free jet D has a supersonic free-expansion flow region called a zone of silence, a barrel-shaped shock wave (Barrel Shock) and a Mach that surrounds the zone of silence. It is characterized by a shock wave called a Mach Disk. Note that a jet boundary (Jet Boundary) exists around the barrel-shaped shock wave, and a reflected shock wave (Reflected Shock) exists downstream of the Mach disk. In the supersonic free expansion flow in the quiet region, as the gas moves downstream along the center axis of the flow, the density and temperature of the plasma, that is, the plasma is formed by the supersonic free expansion of the gas, in other words, the adiabatic expansion of the gas. The density and temperature of the neutral molecules, ions, and electrons that move are reduced.
Therefore, the frequency of collision between plasma particles decreases and the degree of ionization freezes, but the flow velocity increases. Further, the gas temperature of the plasma, that is, the temperature of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is extremely low at several degrees or less in absolute temperature, and the temperature of heavy particles is about 10 times or more downstream of the opening diameter of the nozzle 26 from the nozzle 26. The collision frequency between them is almost infinitesimal. However, the electron temperature of the plasma as the temperature of the heavy particles without lowering is stopped about 10 3 times.

このようなプラズマの超音速自由噴流Dにおいて、流
れの中心軸に沿って超音速自由膨張が十分に発達してプ
ラズマの気体温度が十分に低下し、中性原子分子やイオ
ンなど重粒子の熱運動速度が極めて小さく重粒子間の相
互作用が無視できる位置に、スキマー28を配置する。具
体的には第1の隔壁27にスキマー28を設置し、該スキマ
ー28の開口部は、超音速自由噴流Dの上流に攪乱を与え
ない形状を有し、その開口径がノズル26の開口径の2〜
3倍程度以下のものとする。このようなスキマー28によ
り第1の真空室22内に形成されたプラズマの超音速自由
噴流Dの静寂領域における中心軸付近の部分が、第2の
真空室23内に超音速分子流Eとして抽出される。この第
2の真空室23内の真空度は10-6〜10-5Torr程度に保持さ
れており、これが第2の真空計12により表示される。
In such a supersonic free jet D of plasma, the supersonic free expansion is sufficiently developed along the central axis of the flow, the gas temperature of the plasma is sufficiently reduced, and the heat of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is generated. The skimmer 28 is arranged at a position where the movement speed is extremely small and the interaction between the heavy particles can be ignored. Specifically, a skimmer 28 is installed on the first partition wall 27, and the opening of the skimmer 28 has a shape that does not disturb the upstream of the supersonic free jet D, and the opening diameter is the opening diameter of the nozzle 26. Of 2
Approximately three times or less. A portion of the supersonic free jet D formed by the skimmer 28 in the quiet region of the supersonic free jet D near the central axis is extracted as a supersonic molecular flow E into the second vacuum chamber 23. Is done. The degree of vacuum in the second vacuum chamber 23 is maintained at about 10 −6 to 10 −5 Torr, and this is displayed by the second vacuum gauge 12.

ところで、プラズマの超音速自由噴流Dの状態、例え
ばその静寂領域の大きさや流れの中心軸に沿ってのプラ
ズマの気体密度,温度,流速などの物理的諸量の変化
は、ノズル26の形状と開口径、反応性気体放電室21内の
圧力及び第1の真空室22内の真空度などの諸条件によっ
て規定される。従って、第1の真空室22内に形成される
プラズマの超音速自由噴流Dの静寂領域からスキマー28
を通して第2の真空室23内へプラズマの超音速分子流E
を抽出する場合、該抽出を色々な諸条件の変化に対応し
て最適に保つためには、ノズル26とスキマー28との間の
距離を連続的に可変とする機構を設けておくことが好ま
しく、本実施例ではこの機構を備えている。
By the way, the state of the supersonic free jet D of the plasma, for example, changes in physical quantities such as the size of the quiet region and the plasma gas density, temperature, and flow velocity along the central axis of the flow depend on the shape of the nozzle 26 and It is defined by various conditions such as the opening diameter, the pressure in the reactive gas discharge chamber 21 and the degree of vacuum in the first vacuum chamber 22. Therefore, the skimmer 28 is moved from the quiet region of the supersonic free jet D of plasma formed in the first vacuum chamber 22.
Supersonic molecular flow E into the second vacuum chamber 23 through
In order to keep the extraction optimal in response to changes in various conditions, it is preferable to provide a mechanism for continuously varying the distance between the nozzle 26 and the skimmer 28. In this embodiment, this mechanism is provided.

次に第3図を用いてこのようなノズル26−スキマー28
間距離の連続可変機構の一例を説明する。図に示すよう
にこの機構では、放電室21は例えばベローズ41によって
第1の真空室22に接続され、このベローズ41の長さを伸
縮させて反応性気体放電室21を第3図に示す矢印α及び
β方向に動かすことにより、ノズル26−スキマー28間距
離を連続的に変えることができる。従って、諸条件の変
化に対応して状態の変化するプラズマの超音速自由噴流
Dから最適にプラズマの超音速分子流Eを抽出すること
ができる。
Next, referring to FIG. 3, such a nozzle 26-skimmer 28
An example of the mechanism for continuously varying the distance will be described. As shown in the figure, in this mechanism, the discharge chamber 21 is connected to the first vacuum chamber 22 by, for example, a bellows 41, and the length of the bellows 41 is expanded or contracted to make the reactive gas discharge chamber 21 an arrow shown in FIG. By moving in the α and β directions, the distance between the nozzle 26 and the skimmer 28 can be continuously changed. Therefore, the supersonic molecular flow E of plasma can be optimally extracted from the supersonic free jet D of plasma whose state changes in response to changes in various conditions.

このようにして第2の真空室23内に抽出されたプラズ
マの超音速分子流Eにおいては、プラズマの気体温度が
絶対温度で数度以下と極めて低い、すなわち中性原子分
子やイオンなど重粒子の熱運動速度が極めて小さく重粒
子間の相互作用が無視できる。このような特性を有する
プラズマの超音速分子流Eは、第2の隔壁29に設置され
たコリメーター30を通過して第3の真空室24内に流入す
る。ここで、コリメーター30の開口径はスキマー28の開
口径と同程度以下であり、第3の真空室24内の真空度は
10-8〜10-7Torr程度に保持されており、これが第3の真
空計13により示される。第3の真空室24内にはコリメー
ター30を通過して流入したプラズマの超音速分子流Jに
対向して、被エッチング基板1が電極2上に配置されて
いるので、プラズマの超音速分子流Jは被エッチング基
板1に対し垂直に吹きつけられることとなる。
In the supersonic molecular flow E of the plasma extracted in the second vacuum chamber 23 in this manner, the gas temperature of the plasma is extremely low as a few degrees or less in absolute temperature, that is, heavy particles such as neutral atomic molecules and ions. Has a very small thermal velocity, and the interaction between heavy particles can be neglected. The supersonic molecular flow E of the plasma having such characteristics passes through the collimator 30 provided on the second partition 29 and flows into the third vacuum chamber 24. Here, the opening diameter of the collimator 30 is equal to or less than the opening diameter of the skimmer 28, and the degree of vacuum in the third vacuum chamber 24 is
The pressure is maintained at about 10 -8 to 10 -7 Torr, which is indicated by the third vacuum gauge 13. Since the substrate 1 to be etched is arranged on the electrode 2 in the third vacuum chamber 24 so as to face the supersonic molecular flow J of the plasma flowing through the collimator 30, the supersonic molecular The flow J is blown perpendicular to the substrate 1 to be etched.

このように被エッチング基板1には、気体温度が絶対
温度で数度以下と極めて低い、すなわち中性原子分子や
イオンなど重粒子の熱運動速度が極めて小さく、重粒子
間の相互作用が無視できる反応性弱電離プラズマの超音
速分子流Jが吹きつけられるので、反応性弱電離プラズ
マのイオンや中性原子分子ラジカルなどは低温低エネル
ギー反応性粒子ビームとして基板表面に垂直に入射す
る。従って、イオンや中性原子分子ラジカルの基板表面
に対して水平方向の速度成分は垂直方向の入射速度に比
べて極めて小さくなり、また入射エネルギーは物理的ス
パッタしきい値に比べて遙かに小さくなる。
As described above, the substrate 1 to be etched has an extremely low gas temperature of several degrees or less in absolute temperature, that is, the thermal motion velocity of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is extremely small, and the interaction between heavy particles can be ignored. Since the supersonic molecular flow J of the reactive weakly ionized plasma is blown, ions and neutral atomic molecular radicals of the reactive weakly ionized plasma are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy reactive particle beam. Therefore, the velocity component of ions and neutral atomic radicals in the horizontal direction with respect to the substrate surface becomes extremely small compared to the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. Become.

ここで、エッチングガスAとして、例えば従来例と同
じく塩素Cl2とアルゴンArの混合ガスを用いた場合、中
性原子ラジカルとしてはCl、原子イオンとしてはCl+とA
r+、そして分子イオンとしてはCl2 +が生じる。この例の
場合、分子ラジカルは存在しない。また、プラズマの超
音速分子流の気体密度、すなわち中性原子分子やイオン
など重粒子の密度は1012〜1015cm-3、プラズマ密度は10
9〜1012cm-3程度である。
Here, for example, when a mixed gas of chlorine Cl 2 and argon Ar is used as the etching gas A as in the conventional example, Cl is used as a neutral atomic radical, and Cl + and A are used as atomic ions.
r + , and Cl 2 + as the molecular ion. In this case, there are no molecular radicals. Further, the gas density of the supersonic molecular flow of plasma, that is, the density of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is 10 12 to 10 15 cm -3 , and the plasma density is 10
It is about 9 to 10 12 cm -3 .

第4図はこの実施例のプラズマの超音速分子流を用い
たドライエッチング装置において、プラズマの超音速分
子流に対向する電極上に配置された基板上物質がエッチ
ングされるメカニズムを説明するための概略図である。
この場合も、従来例と同じく基板近傍には空間電荷領域
(シース)が形成され、シース領域に入射した正イオン
は、10V程度のシース電位(プラズマ電位)によって基
板方向に加速され基板表面に垂直に入射する。
FIG. 4 is a view for explaining a mechanism of etching a substance on a substrate disposed on an electrode facing the supersonic molecular flow of plasma in the dry etching apparatus using the supersonic molecular flow of plasma of this embodiment. It is a schematic diagram.
Also in this case, a space charge region (sheath) is formed near the substrate similarly to the conventional example, and the positive ions incident on the sheath region are accelerated in the direction of the substrate by a sheath potential (plasma potential) of about 10 V and are perpendicular to the substrate surface. Incident on.

一方、中性ラジカルはシース電位に応答しないが、従
来例とは異なり超音速分子流の状態で基板表面に垂直に
入射する。従ってエッチングの選択性を決定する中性ラ
ジカルによる化学エッチングは非等方的となり、エッチ
ングの異方性を同時に与える。
On the other hand, the neutral radical does not respond to the sheath potential, but, unlike the conventional example, is incident perpendicularly to the substrate surface in a supersonic molecular flow state. Therefore, the chemical etching by the neutral radical which determines the selectivity of the etching becomes anisotropic and simultaneously gives the etching anisotropy.

また、イオンの基板表面への入射エネルギーは、シー
ス電位によって加速されてもなお20eV程度の物理的スパ
ッタしきい値より小さく、イオンによる基板表面の物理
的スパッタリングやイオンアシスト過程と呼ばれる中性
ラジカルとイオンとの競合過程によるエッチングは発生
せず、被エッチング薄膜表面層に対する損傷も生じな
い。
In addition, the incident energy of ions on the substrate surface is still smaller than the physical sputtering threshold of about 20 eV even when accelerated by the sheath potential. No etching occurs due to the competition process with ions, and no damage occurs to the surface layer of the thin film to be etched.

結局、この実施例のドライエッチング装置において
は、中性ラジカルによる非等方的化学エッチングが基板
上物質のエッチング過程を支配し、超高異方性のみなら
ず超高選択性及び極低損傷性をも同時に満足するエッチ
ングが行われることとなる。
After all, in the dry etching apparatus of this embodiment, the anisotropic chemical etching by neutral radicals controls the etching process of the substance on the substrate, and not only the super anisotropy but also the super high selectivity and the extremely low damage. Is also performed at the same time.

このように本実施例では、放電によって生成されたプ
ラズマ10をノズル26を通して第1の真空室22内に超音速
膨張させてプラズマの超音速自由噴流Dを形成し、さら
にこの超音速自由噴流Dからスキマー28を通して第2の
真空室23内にプラズマの超音速分子流Eを抽出し、この
気体温度が極めて低い、すわち中性原子分子やイオンな
ど重粒子の熱運動速度が極めて小さく重粒子間の相互作
用が無視できるプラズマの超音速分子流をコリメーター
30を通して第3の真空室24内の被エッチング基板1に吹
きつけるように構成したので、プラズマのイオンや中性
原子分子は低温低エネルギー粒子ビームとして基板表面
に垂直に入射することとなる。この場合、イオンや中性
ラジカルの基板表面に対して水平方向の速度成分は垂直
方向の入射速度に比べて極めて小さく、また入射エネル
ギーは物理的スパッタしきい値に比べて遙かに小さくな
る。この結果中性ラジカルによる非等方的化学エッチン
グが基板上物質のエッチング過程を支配し、超高異方性
のみならず超高選択性と、極低損傷性をも同時に満足す
るエッチングを実現できる放電プラズマを用いたドライ
エッチング装置が得られる効果がある。
As described above, in the present embodiment, the plasma 10 generated by the discharge is supersonic expanded into the first vacuum chamber 22 through the nozzle 26 to form a supersonic free jet D of the plasma. The supersonic molecular flow E of plasma is extracted into the second vacuum chamber 23 through the skimmer 28, and the gas temperature is extremely low, that is, the thermal motion velocity of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is extremely small. Collimator for supersonic molecular flow of plasma with negligible interaction between
Since it is configured to blow the substrate 1 in the third vacuum chamber 24 through 30, plasma ions and neutral atomic molecules are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy particle beam. In this case, the velocity component of ions and neutral radicals in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. As a result, anisotropic chemical etching by neutral radicals controls the etching process of the substance on the substrate, and it is possible to realize not only ultra-high anisotropy but also ultra-high selectivity and ultra-low damage simultaneously. There is an effect that a dry etching apparatus using discharge plasma can be obtained.

また、本実施例では第3図に示すようにノズル26−ス
キマー28間距離の連続可変機構を設けているので、諸条
件の変化に対応して状態の変化するプラズマの超音速自
由噴流Dから最適にプラズマの超音速分子流Eを抽出す
ることができる。
In this embodiment, a continuous variable mechanism for the distance between the nozzle 26 and the skimmer 28 is provided as shown in FIG. 3, so that the supersonic free jet D of the plasma whose state changes in response to changes in various conditions is provided. The supersonic molecular flow E of the plasma can be optimally extracted.

なお、上記実施例ではイオンや中性ラジカルの入射エ
ネルギーを物理的スパッタしきい値より小さく設定した
場合について説明したが、イオンの入射エネルギーを物
理的スパッタしきい値より大きく設定して、イオンによ
る物理的スパッタリング等を補助的に行うようにしても
よい。
In the above embodiment, the case where the incident energy of ions and neutral radicals is set to be smaller than the physical sputter threshold is described. Physical sputtering or the like may be performed supplementarily.

例えば、被エッチング物質の種類によっては、イオン
の基板表面への入射エネルギーを物理的スパッタしきい
値より高くして、中性ラジカルによる非等方的化学エッ
チングのみならず、イオンによる物理的スパッタリング
や中性ラジカルとイオンとの競合過程であるイオンアシ
スト過程によるエッチングを付加する必要が生じる。従
って、色々な被エッチング物質に対応して最適なエッチ
ングを行うには、イオンの基板表面への入射エネルギー
を高くできる手段を独立に設けておくことが好ましい。
For example, depending on the type of the substance to be etched, the incident energy of ions on the substrate surface is set higher than the physical sputtering threshold, so that not only anisotropic chemical etching by neutral radicals but also physical sputtering by ions It is necessary to add etching by an ion assist process, which is a competition process between neutral radicals and ions. Therefore, in order to perform optimum etching in accordance with various substances to be etched, it is preferable to independently provide a means capable of increasing the incident energy of ions on the substrate surface.

次にこのようなイオン入射エネルギーを増大する手段
を設けた場合について第5図を用いて説明する。
Next, the case where such means for increasing the ion incident energy is provided will be described with reference to FIG.

ここでは、図に示すように被エッチング基板1が載置
された電極2にRF電力を印加するRF電力印加手段43を設
け、電極2に自己バイアス電位を発生させることによっ
て、基板近傍に形成されるシースのシース電位(プラズ
マ電位+電極の自己バイアス電位)を高めている。すな
わちRF電力印加手段43によって電極2に印加するRF電力
を増大させると、基板近傍に形成されるシースのシース
電位は高くなり、シース領域に入射したイオンのシース
電位による加速が増大し、基板表面へのイオンの入射エ
ネルギーを高くすることができる。これにより、イオン
による物理的スパッタリングとイオンアシスト過程によ
るエッチングをも行なうことができる。
Here, as shown in the drawing, an RF power applying means 43 for applying RF power to the electrode 2 on which the substrate 1 to be etched is mounted is provided, and a self-bias potential is generated in the electrode 2 to form the electrode 2 near the substrate. The sheath potential (plasma potential + electrode self-bias potential) of the sheath is increased. That is, when the RF power applied to the electrode 2 is increased by the RF power applying means 43, the sheath potential of the sheath formed near the substrate increases, and the acceleration of ions incident on the sheath region due to the sheath potential increases. Can increase the incident energy of ions to the substrate. This makes it possible to perform physical sputtering by ions and etching by an ion assist process.

次に本発明の第2の実施例について説明する。第8図
は本発明の第2の実施例によるドライエッチング装置の
構成を示す要部断面図である。図において、第1図と同
一符号は同一または相当部分を示し、34は上記第2の真
空室23内に設置され、第2の真空室23内のプラズマの超
音速分子流Eから荷電粒子、つまりイオンや電子を除去
して中性原子分子気体の超音速分子流Fを形成するため
の一対の荷電粒子除去用電極、35はこの一対の電極34の
間に電圧を印加する直流電圧印加手段で、上記電極34及
び直流電圧印加手段35から荷電粒子除去手段が構成され
ている。またGはこの中性原子分子気体の超音速分子流
Fのうち、上記コリメーター30を通過して上記第3の真
空室24内に流入した中性原子分子気体の超音速分子流で
あり、上記被エッチング基板1はこの超音速分子流Gに
対向するよう上記第3の真空室24内の電極2上に配置さ
れている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a sectional view showing a main part of a dry etching apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and 34 is installed in the second vacuum chamber 23, and charged particles, from supersonic molecular flow E of plasma in the second vacuum chamber 23, That is, a pair of charged particle removing electrodes 35 for removing ions and electrons to form a supersonic molecular flow F of a neutral atomic molecular gas, and 35 is a DC voltage applying means for applying a voltage between the pair of electrodes 34. Thus, the electrode 34 and the DC voltage applying means 35 constitute a charged particle removing means. G is a supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas which has flowed into the third vacuum chamber 24 after passing through the collimator 30 in the supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas, The substrate 1 to be etched is disposed on the electrode 2 in the third vacuum chamber 24 so as to face the supersonic molecular flow G.

次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.

上記放電室21内でエッチングガスAを電離し、第1の
真空室22内で該電離気体を超音速膨張させて超音速自由
噴流Dを形成し、さらにスキマー28により該噴流Dから
超音速分子流Eを上記第2の真空室23内に抽出するとこ
ろまでは上記第1の実施例と同様であるのでその説明は
省略する。
The etching gas A is ionized in the discharge chamber 21, the ionized gas is supersonic expanded in the first vacuum chamber 22 to form a supersonic free jet D, and the supersonic free jet D is further separated from the jet D by the skimmer 28. The process up to the point where the flow E is extracted into the second vacuum chamber 23 is the same as that in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

上記第2の真空室23内には、プラズマの超音速分子流
Eを挟むように一対の荷電粒子除去用電極34が配設され
ており、この一対の電極34の間には直流電圧印加手段35
により電圧が印加されて、上記超音速分子流Eの中心軸
と直角方向に電界が生じている。従って、この一対の電
極34の間に流入したプラズマの超音速分子流Eのイオン
と電子は、超音速分子流Eの流れの中心軸と直角方向の
電界によってお互いに逆方向に分離,移動し、一対の電
極34に捕捉される。その結果、荷電粒子除去用電極34を
通過したプラズマの超音速分子流Eからはイオンと電子
が取り除かれ、中性原子分子気体の超音速分子流Fが取
り出される。
In the second vacuum chamber 23, a pair of charged particle removing electrodes 34 is disposed so as to sandwich the supersonic molecular flow E of plasma, and a DC voltage applying means is provided between the pair of electrodes 34. 35
, And an electric field is generated in a direction perpendicular to the central axis of the supersonic molecular flow E. Therefore, the ions and electrons of the supersonic molecular flow E of the plasma flowing between the pair of electrodes 34 are separated and moved in opposite directions by an electric field perpendicular to the center axis of the flow of the supersonic molecular flow E. Is captured by the pair of electrodes 34. As a result, ions and electrons are removed from the supersonic molecular flow E of the plasma that has passed through the charged particle removing electrode 34, and a supersonic molecular flow F of a neutral atomic molecular gas is extracted.

このようにして生成された中性原子分子気体の超音速
分子流Fにおいては、プラズマの超音速分子流Eと同
様、気体温度が絶対温度で数度以下と極めて低く、すな
わち中性原子分子の熱運動速度が極めて小さく、粒子間
の相互作用が無視できる。このような特性を有する中性
原子分子気体の超音速分子流Fは、第2の隔壁29に配置
されたコリメーター30を通過して第3の真空室24内に流
入する。なおここで該コリメーター30の開口径は上記第
1の実施例と同様、スキマー28の開口径と同程度以下で
あり、また第3の真空室24内の真空度は10-8〜10-7Torr
程度に保持され、これが第3の真空計13により表示され
ている。
In the supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas generated in this way, the gas temperature is extremely low at several degrees or less in absolute temperature as in the case of the supersonic molecular flow E of the plasma. The thermal velocity is extremely low and the interaction between particles is negligible. The supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas having such characteristics passes through the collimator 30 arranged on the second partition wall 29 and flows into the third vacuum chamber 24. Note here similar to the opening diameter of the collimator 30 in the first embodiment, or less opening diameter about the same skimmer 28 and the vacuum degree of the third vacuum chamber 24 is 10-8 - 7 Torr
Degree, which is indicated by the third vacuum gauge 13.

そして上記第3の真空室24内では、コリメーター30を
通過して流入した中性原子分子気体の超音速分子流G
が、電極2上に載置された被エッチング基板1に垂直に
吹きつけられることとなる。
Then, in the third vacuum chamber 24, the supersonic molecular flow G of the neutral atomic molecular gas flowing through the collimator 30 flows.
Is vertically sprayed on the substrate 1 to be etched placed on the electrode 2.

このように被エッチング基板1には、気体温度が絶対
温度で数度以下と極めて低い、すなわち中性原子分子の
熱運動速度が極めて小さく粒子間の相互作用が無視でき
る反応性中性原子分子気体の超音速分子流Gが吹きつけ
られるので、反応性中性原子分子気体の中性原子分子ラ
ジカルは低温低エネルギーの反応性粒子ビームとして基
板表面に垂直に入射する。従って、中性原子分子ラジカ
ルの基板表面と水平方向の速度成分は垂直方向の入射速
度に比べて極めて小さく、また入射エネルギーは物理的
スパッタしきい値に比べて遙かに小さい。
As described above, the substrate 1 to be etched has a gas temperature extremely low as several degrees or less in absolute temperature, that is, a reactive neutral atom gas in which the thermal motion velocity of neutral atom molecules is extremely small and the interaction between particles can be ignored. Is sprayed, the neutral atomic radicals of the reactive neutral atomic gas are perpendicularly incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy reactive particle beam. Therefore, the velocity component of the neutral atomic molecular radical in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold.

次にこの第2の実施例のドライエッチング装置におけ
る、中性原子分子気体の超音速分子流Gと基板上物質と
のエッチングのメカニズムについて第9図を用いて説明
する。
Next, the mechanism of etching of the supersonic molecular flow G of neutral atomic molecular gas and the substance on the substrate in the dry etching apparatus of the second embodiment will be described with reference to FIG.

この実施例装置においては、プラズマではなく中性原
子分子気体を用いてエッチングを行うので、基板近傍に
空間荷電領域(シース)は形成されず、またイオンのエ
ッチングへの寄与も存在しない。一方、中性原子分子ラ
ジカルは超音速分子流の状態で基板表面に垂直に入射す
るので、中性ラジカルによる基板上物質の化学エッチン
グは非等方的となり、エッチングの選択性のみならず異
方性をも同時に与える。従ってこの実施例のドライエッ
チング装置においては、中性ラジカルによる非等方的化
学エッチングのみにより基板上物質のエッチングは進行
し、超高選択性と極低損傷性をも同時に満足するエッチ
ングが行われる。
In the apparatus of this embodiment, since the etching is performed by using a neutral atomic molecular gas instead of plasma, a space charge region (sheath) is not formed near the substrate, and there is no contribution to the etching of ions. On the other hand, the neutral atomic molecular radicals are perpendicularly incident on the substrate surface in the state of supersonic molecular flow, so the chemical etching of the substance on the substrate by the neutral radicals becomes anisotropic. Gives sex at the same time. Therefore, in the dry etching apparatus of this embodiment, the etching of the substance on the substrate proceeds only by the anisotropic chemical etching by the neutral radical, and the etching that simultaneously satisfies the ultra-high selectivity and the extremely low damage property is performed. .

なお、ここではプラズマの超音速分子流Eからイオン
や電子を取り除いて生成された中性原子分子気体の超音
速分子流Fは、原子ラジカルとしてClを含み、気体密度
は1012〜1015cm-3程度となっている。
Here, the supersonic molecular flow F of neutral atomic molecular gas generated by removing ions and electrons from the supersonic molecular flow E of plasma contains Cl as atomic radicals and has a gas density of 10 12 to 10 15 cm. It is about -3 .

このように、本実施例によれば、放電によって生成さ
れたプラズマ10をノズル26を通して第1の真空室22内に
超音速膨張させてプラズマの超音速自由噴流Dを形成
し、次にこの超音速自由噴流Dからスキマー28を通して
第2の真空室23内に気体温度が極めて低く重粒子間の相
互作用が無視できるプラズマの超音速分子流Eを抽出
し、さらにこのプラズマの超音速分子流Eから荷電粒子
除去手段によってイオンと電子を取り除いて、気体温度
が極めて低い、すなわち中性原子分子の熱運動速度が極
めて小さく粒子間の相互作用が無視できる中性原子分子
気体の超音速分子流Fを取り出し、この中性原子分子気
体の超音速分子流Fをコリメーター30を通して被エッチ
ング基板1に吹きつけるように構成したので、中性原子
分子が低温低エネルギー粒子ビームとして基板表面に垂
直に入射することになる。
As described above, according to the present embodiment, the plasma 10 generated by the discharge is supersonic expanded through the nozzle 26 into the first vacuum chamber 22 to form a supersonic free jet D of the plasma, and then the supersonic free jet D is formed. From the sonic free jet D, a supersonic molecular flow E of plasma having a very low gas temperature and negligible interaction between heavy particles is extracted into the second vacuum chamber 23 through the skimmer 28, and the supersonic molecular flow E of this plasma is extracted. Ion and electrons are removed from the gas by the charged particle removing means, and the gas temperature is extremely low, that is, the thermal motion velocity of the neutral atomic molecule is extremely small, and the supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas in which the interaction between the particles can be ignored. And the supersonic molecular flow F of the neutral atom gas is blown onto the substrate 1 to be etched through the collimator 30. It will be perpendicularly incident on the substrate surface as over arm.

この場合、中性原子分子ラジカルの基板表面と水平方
向の速度成分は垂直方向の入射速度に比べて極めて小さ
く、また入射エネルギーは物理的スパッタしきい値に比
べて遙かに小さい。従って中性原子分子ラジカルによる
非等方的化学エッチングのみにより基板上物質のエッチ
ングが進行し、これにより超高異方性のみならず超高選
択性および極低損傷性をも同時に満足するエッチングを
実現できる効果がある。
In this case, the velocity component of the neutral atomic molecular radical in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. Therefore, the etching of the substance on the substrate proceeds only by the anisotropic chemical etching by the neutral atomic molecular radical, thereby achieving the etching satisfying not only the ultra-high anisotropy but also the ultra-high selectivity and the ultra-low damage simultaneously. There are effects that can be realized.

また、エッチングが中性原子分子ラジカルにより行わ
れるため、被エッチング基板のチャージアップによる静
電的な破壊を防止することができる効果もある。
In addition, since the etching is performed by neutral atomic molecular radicals, there is an effect that electrostatic breakdown due to charge-up of the substrate to be etched can be prevented.

なお、この第2の実施例ではプラズマの超音速分子流
Eのイオンと電子を、第2の真空室23内に設置した電荷
粒子除去用電極34によって取り除いて中性原子分子気体
の超音速分子流Fを取り出す場合について説明したが、
荷電粒子除去用電極34は第3の真空室24内に設置しても
よい。その場合、プラズマの超音速分子流Eはコリメー
タ30を通過して第3の真空室24内に流入し、第3の真空
室24内でプラズマの超音速分子流からイオンと電子を取
り除いて中性原子分子気体の超音速分子流を取り出すこ
とになる。
In the second embodiment, ions and electrons of the supersonic molecular stream E of plasma are removed by the charged particle removing electrode 34 installed in the second vacuum chamber 23, and the supersonic molecular stream of the neutral atomic molecule gas is removed. Although the case where the flow F is taken out has been described,
The charged particle removing electrode 34 may be provided in the third vacuum chamber 24. In this case, the supersonic molecular stream E of the plasma passes through the collimator 30 and flows into the third vacuum chamber 24, where ions and electrons are removed from the supersonic molecular stream of the plasma in the third vacuum chamber 24. The supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas is taken out.

また、上記第2の実施例では荷電粒子除去手段に電界
のみを用いる場合について説明したが、電界と磁界の両
方を用いてもよい。
In the second embodiment, the case where only the electric field is used for the charged particle removing means has been described. However, both the electric field and the magnetic field may be used.

第10図は電界と磁界とを用いた構成を説明するための
断面構成図であり、この構成では中心に開口を有する一
対の電極34aがプラズマの超音速分子流Eに対向して設
置され、この一対の電極34aの間には直流電圧印加手段3
5により電圧が印加されて、超音速分子流Eの流れの方
向と平行に電界が生じている。
FIG. 10 is a cross-sectional configuration diagram for explaining a configuration using an electric field and a magnetic field. In this configuration, a pair of electrodes 34a having an opening at the center are installed to face the supersonic molecular flow E of plasma, DC voltage applying means 3 is provided between the pair of electrodes 34a.
A voltage is applied by 5 to generate an electric field parallel to the flow direction of the supersonic molecular flow E.

この場合、この一対の電極34aの間に流入したプラズ
マの超音速分子流Eのイオンと電子は、超音速分子流の
流れの中心軸に平行な電界によって互いに逆方向に分
離,移動し、一対の電極34aに捕捉される。ここで捕捉
しきれない荷電粒子は、一対の電極34aに続いて設置さ
れた永久磁石あるいは電磁コイルを用いた磁界印加手段
43aによって向きを変えられて超音速分子流から取り除
かれ、中性原子分子気体の超音速分子流Fが取り出され
る。ここで、直流電圧印加手段35の極性は負、磁界印加
手段43aによる磁界の方向は超音速分子流に直角なγ方
向、またIは磁界γにより向きを変えられたイオン流で
ある。
In this case, the ions and electrons of the supersonic molecular flow E of the plasma flowing between the pair of electrodes 34a are separated and moved in opposite directions by an electric field parallel to the central axis of the flow of the supersonic molecular flow. Of the electrode 34a. The charged particles that cannot be captured here are applied to a magnetic field applying means using a permanent magnet or an electromagnetic coil installed following the pair of electrodes 34a.
The direction is changed by 43a and removed from the supersonic molecular flow, and a supersonic molecular flow F of neutral atomic molecular gas is taken out. Here, the polarity of the DC voltage applying means 35 is negative, the direction of the magnetic field by the magnetic field applying means 43a is the γ direction perpendicular to the supersonic molecular flow, and I is the ion flow whose direction is changed by the magnetic field γ.

さらに上記第1、第2の実施例では、反応性気体放電
室21内のプラズマの生成を、RFを用いた高周波誘導グロ
ー放電あるいはアーク放電により、つまり放電室の外側
に取り付けたコイル等により間接的にその内部に高周波
電流を誘導して行う場合について説明したが、これはプ
ラズマをRFあるいはマイクロ波などを用いた高周波グロ
ー放電あるいはアーク放電により行う、つまり、例えば
RF放電の場合、放電室21内に対向電極を配置してこれに
より直接該放電室内に高周波電力を導入してプラズマの
生成を行うようにしてもよく、また電子ビーム,イオン
ビーム,中性粒子ビーム,レーザービームなどを用いた
ビーム照射電離放電によりプラズマを生成する構成とし
てもよい。
Further, in the first and second embodiments, the generation of the plasma in the reactive gas discharge chamber 21 is indirectly performed by a high-frequency induction glow discharge using RF or an arc discharge, that is, by a coil or the like mounted outside the discharge chamber. Although the case where the high-frequency current is induced inside is described, the plasma is generated by a high-frequency glow discharge or an arc discharge using RF or microwave, that is, for example,
In the case of RF discharge, a counter electrode may be arranged in the discharge chamber 21 so that high-frequency power is directly introduced into the discharge chamber to generate plasma, and an electron beam, an ion beam, a neutral particle, Plasma may be generated by ion irradiation discharge using a beam or a laser beam.

また、上記各実施例では、エッチングガスAとして塩
素とアルゴンの混合ガスを用い、被エッチング基板1上
の多結晶シリコンをエッチングする場合について説明し
たが、その他のエッチングガスを選択してもよく、また
多結晶シリコン以外の被エッチング物質を適当なエッチ
ングガスを選択してエッチングを行ってもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the case where the mixed gas of chlorine and argon is used as the etching gas A to etch the polycrystalline silicon on the substrate 1 to be etched is described. However, another etching gas may be selected. Further, a substance to be etched other than polycrystalline silicon may be etched by selecting an appropriate etching gas.

さらに上記各実施例ではRF電力印加手段6および43の
周波数が13.56MHzの場合について説明したが、その他の
周波数を用いてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the case where the frequency of the RF power applying means 6 and 43 is 13.56 MHz has been described, but other frequencies may be used.

さらにまた、上述の実施例ではノズル26の開口径が1m
m程度の場合について説明したが、第1の真空排気手段3
1の排気速度を増強してノズル26の開口径を1mm程度より
大きくし、さらに第2の真空排気手段32の排気速度を増
強してスキマー28の開口径をノズル26の開口径に適応し
て大きくしてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the opening diameter of the nozzle 26 is 1 m.
m, but the first evacuation means 3
The pumping speed of 1 is increased to make the opening diameter of the nozzle 26 larger than about 1 mm, and the pumping speed of the second vacuum pumping means 32 is further increased to adjust the opening diameter of the skimmer 28 to the opening diameter of the nozzle 26. May be larger.

この場合、第1の実施例装置では、スキマー28を通し
て抽出されるプラズマの超音速分子流Eの流束は増大
し、第3の真空排気手段33の排気速度を増強してコリメ
ーター30の径を大きくすることにより、被エッチング基
板1上の被エッチング面積とエッチング速度が増大す
る。
In this case, in the apparatus of the first embodiment, the flux of the supersonic molecular flow E of the plasma extracted through the skimmer 28 is increased, and the pumping speed of the third vacuum pumping means 33 is increased to increase the diameter of the collimator 30. Is increased, the area to be etched on the substrate 1 to be etched and the etching rate are increased.

また、第2の実施例装置では、スキマー28を通して抽
出されるプラズマの超音速分子流Eの流束ひいては荷電
粒子除去用電極34を通過して取り出される中性原子分子
気体の超音速分子流Fの流束が増大し、第3の真空排気
手段33の排気速度を増強してコリメーター30の径を大き
くすることにより、被エッチング基板1上の被エッチン
グ面積とエッチング速度が増大する。
Further, in the apparatus of the second embodiment, the supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas extracted through the flux of the supersonic molecular flow E of the plasma extracted through the skimmer 28 and the charged particle removing electrode 34 is obtained. And the diameter of the collimator 30 is increased by increasing the pumping speed of the third vacuum pumping means 33, thereby increasing the area to be etched on the substrate 1 to be etched and the etching rate.

また、第11図は、この発明の第3の実施例によるドラ
イエッチング装置の構成を示す要部断面図である。図に
おいて、21は放電室、22はこの放電室21に隣接して配置
された第1の真空室、23はこの第1の真空室22に隣接し
て配置された第2の真空室、24はこの第2の真空室23に
隣接して配置され、被エッチング基板1を載置するため
の電極2を有する第3の真空室、26aは上記反応性気体
放電室21の一端25に設置された開口部断面が矩形スリッ
ト状の二次元ノズル、27は上記第1の真空室22と上記第
2の真空室23とを仕切る第1の隔壁、28aはこの第1の
隔壁27に設置された、開口部断面が矩形スリット状の二
次元スキマー、29は上記第2の真空室23と上記第3の真
空室24とを仕切る第2の隔壁、30aはこの第2の隔壁29
に設置された断面が矩形スリット状のコリメーターであ
る。
FIG. 11 is a sectional view showing a main part of a dry etching apparatus according to a third embodiment of the present invention. In the figure, 21 is a discharge chamber, 22 is a first vacuum chamber arranged adjacent to the discharge chamber 21, 23 is a second vacuum chamber arranged adjacent to the first vacuum chamber 22, 24 Is a third vacuum chamber having an electrode 2 on which the substrate to be etched 1 is mounted, and 26a is installed at one end 25 of the reactive gas discharge chamber 21. The opening cross section is a two-dimensional nozzle having a rectangular slit shape, 27 is a first partition partitioning the first vacuum chamber 22 and the second vacuum chamber 23, and 28a is installed in the first partition 27. A two-dimensional skimmer having an opening cross section of a rectangular slit shape; 29, a second partition separating the second vacuum chamber 23 and the third vacuum chamber 24; 30a, a second partition 29;
Is a collimator with a rectangular slit in cross section.

また、31は上記第1の真空室22の排気を行う第1の真
空排気手段、32,33はそれぞれ上記第2,第3の真空室23,
24の排気のための第2,第3の真空排気手段、7は上記放
電室21内に供給するエッチングガスAを充填したガスボ
ンベ、8はこのガスボンベ7から上記放電室21内へのエ
ッチングガスの流量を調節するガス流量制御手段、9は
上記放電室21内のガス圧力を監視するための圧力計、11
〜13はそれぞれ上記第1〜第3の真空室22〜24内の真空
度を監視するための第1〜第3の真空計、14は上記放電
室21の周囲に設置された高周波誘導コイル、6はこのコ
イル14にRF電力を印加するRF電力印加手段である。
Reference numeral 31 denotes first vacuum exhaust means for exhausting the first vacuum chamber 22, and reference numerals 32, 33 denote the second and third vacuum chambers 23, 33, respectively.
The second and third vacuum exhaust means 24 for exhausting gas, 7 is a gas cylinder filled with the etching gas A to be supplied into the discharge chamber 21, and 8 is a gas cylinder filled with the etching gas from the gas cylinder 7 into the discharge chamber 21. Gas flow rate control means 9 for adjusting the flow rate is a pressure gauge for monitoring the gas pressure in the discharge chamber 21;
13 to 13 are first to third vacuum gauges for monitoring the degree of vacuum in the first to third vacuum chambers 22 to 24, respectively, 14 is a high-frequency induction coil installed around the discharge chamber 21; Reference numeral 6 denotes RF power applying means for applying RF power to the coil 14.

また、10は上記放電室21の上記コイル14が設置された
部分に生じるRF誘導放電プラズマ、Dはこのプラズマ10
が上記ノズル26aを通して上記第1の真空室22内に超音
速膨張することによって形成されたプラズマの超音速自
由噴流、Eはこのプラズマの超音速自由噴流Dから上記
スキマー28aを通して上記第2の真空室23内に抽出され
たプラズマの超音速分子流、Jはこのプラズマの超音速
分子流Eのうち、上記コリメーター30aを通過して上記
第3の真空室24内に流入したプラズマの超音速分子流で
あり、上記被エッチング基板1はこのプラズマの超音速
分子流Jに対向するよう上記第3の真空室24内の電極2
上に設置されている。
Reference numeral 10 denotes an RF induced discharge plasma generated in a portion of the discharge chamber 21 where the coil 14 is installed.
Is a supersonic free jet of plasma formed by supersonic expansion into the first vacuum chamber 22 through the nozzle 26a, and E is the second vacuum through the skimmer 28a from the supersonic free jet D of the plasma. The supersonic molecular flow J of the plasma extracted into the chamber 23 is a supersonic molecular flow of the plasma which has passed through the collimator 30a and flowed into the third vacuum chamber 24 among the supersonic molecular flow E of the plasma. The substrate to be etched 1 is a molecular flow, and the electrode 2 in the third vacuum chamber 24 is opposed to the supersonic molecular flow J of the plasma.
It is installed above.

なお、開口部断面が矩形スリット状のノズル26a,スキ
マー28aおよびコリメーター30aは同一平面上に配置さ
れ、上記第1の真空室22内の超音速自由噴流D、上記第
2の真空室23内の超音速分子流E、および上記第3の真
空室24内の超音速分子流Jの中心面と同一面上にある。
The nozzle 26a, the skimmer 28a, and the collimator 30a each having a rectangular slit-shaped cross section are arranged on the same plane, and the supersonic free jet D in the first vacuum chamber 22 and the second vacuum chamber 23 Of the supersonic molecular flow E and the central plane of the supersonic molecular flow J in the third vacuum chamber 24.

また、被エッチング基板1上の被エッチング材,下地
物質,フォトレジストとしては、例えば従来例と同じく
多結晶シリコン,酸化シリコン,PMMAがそれぞれ用いら
れ、ガスボンベ7内に充填されるエッチングガスAとし
ても、例えば従来例と同じく塩素とアルゴンの混合ガス
が用いられる。また、RF電力印加手段6の周波数も、例
えば従来例と同じく13.56MHzである。
Further, as a material to be etched, a base material, and a photoresist on the substrate 1 to be etched, for example, polycrystalline silicon, silicon oxide, and PMMA are used as in the conventional example, and the etching gas A filled in the gas cylinder 7 is also used. For example, a mixed gas of chlorine and argon is used as in the conventional example. The frequency of the RF power applying means 6 is 13.56 MHz, for example, as in the conventional example.

次に、上記実施例に係るドライエッチング装置の動作
について説明する。
Next, the operation of the dry etching apparatus according to the above embodiment will be described.

まず、第1〜第3の真空排気手段31〜33により、それ
ぞれ第1〜第3の真空室22〜24の排気を行い、反応性気
体放電室21と第1〜第3の真空室22〜24を所定の真空度
にする。
First, the first to third vacuum chambers 22 to 24 are evacuated by the first to third vacuum exhaust means 31 to 33, respectively, and the reactive gas discharge chamber 21 and the first to third vacuum chambers 22 to 24 is set to a predetermined degree of vacuum.

次いで第1〜第3の真空排気手段31〜33による排気を
行いつつ、放電室21内にガスボンベ7からガス流量制御
手段8を通してエッチングガスAを導入し、さらに圧力
計9により放電室21内のガス圧力を監視しつつ、ガス流
量制御手段8によりエッチングガス流量を調節して放電
室21内のガス圧力を設定する。
Next, the etching gas A is introduced into the discharge chamber 21 from the gas cylinder 7 through the gas flow rate control means 8 while the first to third vacuum exhaust means 31 to 33 are evacuated. The gas pressure in the discharge chamber 21 is set by adjusting the etching gas flow rate by the gas flow rate control means 8 while monitoring the gas pressure.

続いて、RF電力印加手段6により高周波誘導コイル14
にRF電力を印加すると、放電室21内のエッチングガス
は、RF誘導グロー放電あるいはアーク放電により電離
し、反応性弱電離プラズマ10が発生する。ここで、上記
放電室21内の圧力は102〜103Torr程度、温度は103〜104
度程度であり、圧力は圧力計9により示される。
Subsequently, the high frequency induction coil 14 is
When RF power is applied to the etching gas, the etching gas in the discharge chamber 21 is ionized by RF-induced glow discharge or arc discharge, and the reactive weakly ionized plasma 10 is generated. Here, the pressure in the discharge chamber 21 is about 10 2 to 10 3 Torr, and the temperature is 10 3 to 10 4 Torr.
Degree, and the pressure is indicated by the pressure gauge 9.

放電室21において生成されたエッチングガスAのプラ
ズマは、開口部断面が矩形スリット状の二次元ノズル26
aを通過して第1の真空室22内に超音速膨張し、超音速
自由噴流Dを形成する。該ノズル26aの開口部は例えば
0.5×50mm(縦横比100)程度で、また第1の真空室22内
の真空度は10-3〜10-2Torr程度に保持されており、これ
は第1の真空計11により表示される。
The plasma of the etching gas A generated in the discharge chamber 21 is a two-dimensional nozzle 26 having a rectangular slit-shaped opening section.
After passing through a, it expands supersonically into the first vacuum chamber 22 to form a supersonic free jet D. The opening of the nozzle 26a is, for example,
The degree of vacuum is about 0.5 × 50 mm (aspect ratio 100) and the degree of vacuum in the first vacuum chamber 22 is maintained at about 10 −3 to 10 −2 Torr, which is indicated by the first vacuum gauge 11. .

第12図に超音速自由噴流Dの詳細を示す。超音速自由
噴流は、静寂領域(Zone of Silence)と呼ばれる超音
速自由膨張流の領域と、この静寂領域を取り囲む樽型衝
撃波(Barrel Shock)及びマッハ円盤(Mach Disk)と
呼ばれる衝撃波とによって特徴づけられる。なお、樽型
衝撃波の周囲にはジェット境界(Jet Boundary)が、ま
たマッハ円盤の下流には反射衝撃波(Reflected Shoc
k)が存在する。静寂領域内の超音速自由膨張流におい
ては、流れの中心軸に沿って下流に移るに従い、気体の
超音速自由膨張、言いかえれば気体の断熱膨張によりプ
ラズマの密度と温度、すなわちプラズマを構成する中性
原子分子,イオン,および電子の密度と温度が減少す
る。従って、プラズマの粒子間衝突頻度は減少し電離度
は凍結するが、流速は増大する。そして、ノズル26aか
ら該ノズル26aの開口部短辺の10倍程度以上下流におい
て、プラズマの気体温度、すなわち中性原子分子やイオ
ンなど重粒子の温度は絶対温度で数度以下の極低温とな
り、重粒子間の衝突頻度はほぼ無限小となる。但し、プ
ラズマの電子温度は重粒子の温度ほどには低下せず、10
3度程度に止まる。
FIG. 12 shows the supersonic free jet D in detail. A supersonic free jet is characterized by a zone of supersonic free expansion flow called a Zone of Silence and a shock wave called a Barrel Shock and a Mach Disk surrounding the silence zone. Can be A jet boundary (Jet Boundary) is located around the barrel-shaped shock wave, and a reflected shock wave (Reflected Shoc) is located downstream of the Mach disk.
k) exists. In a supersonic free expansion flow in a quiet region, as the gas moves downstream along the center axis of the flow, the density and temperature of the plasma, that is, the plasma is formed by the supersonic free expansion of the gas, in other words, the adiabatic expansion of the gas. The density and temperature of neutral atomic molecules, ions, and electrons decrease. Therefore, the frequency of collision between plasma particles decreases and the degree of ionization freezes, but the flow velocity increases. Then, the gas temperature of the plasma, that is, the temperature of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is extremely low at several degrees or less in absolute temperature, about 10 times or more downstream of the short side of the opening of the nozzle 26a from the nozzle 26a, The collision frequency between heavy particles is almost infinite. However, the electron temperature of the plasma does not drop as much as the temperature of the heavy particles,
Stops about three times.

このようなプラズマの超音速自由噴流Dにおいて、流
れの方向に沿って超音速自由膨張が十分に発達してプラ
ズマの気体温度が十分に低下し、中性原子分子やイオン
など重粒子の熱運動速度が極めて小さく重粒子間の相互
作用が無視できる位置に、開口部断面が矩形スリット状
の二次元スキマー28aを配置する。具体的には第1の隔
壁27にスキマー28aを設置し、該スキマー28a開口部は、
超音速自由噴流Dの上流に攪乱を与えない形状を有し、
その開口部の短辺がノズル26aの開口部の短辺の2〜3
倍程度以下のものとする。このようなスキマー28aによ
り第1の真空室22内に形成されたプラズマの超音速自由
噴流Dの静寂領域における中心軸付近の部分が、第2の
真空室23内に超音速分子流Eとして抽出される。この第
2の真空室23内の真空度は10-6〜10-5Torr程度に保持さ
れており、これが第2の真空計12により表示される。ま
た、超音速分子流Eの流れに垂直な断面形状は矩形スリ
ット状となる。
In such a supersonic free jet D of plasma, the supersonic free expansion is sufficiently developed along the flow direction, the gas temperature of the plasma is sufficiently reduced, and the thermal motion of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions. The two-dimensional skimmer 28a having a rectangular slit-shaped cross section is disposed at a position where the velocity is extremely small and the interaction between the heavy particles can be ignored. Specifically, a skimmer 28a is installed on the first partition wall 27, and the opening of the skimmer 28a is
It has a shape that does not disturb upstream of the supersonic free jet D,
The short side of the opening is 2-3 of the short side of the opening of the nozzle 26a.
Approximately twice or less. A portion of the supersonic free jet D near the center axis in the quiet region of the supersonic free jet D formed in the first vacuum chamber 22 by the skimmer 28a is extracted as a supersonic molecular flow E in the second vacuum chamber 23. Is done. The degree of vacuum in the second vacuum chamber 23 is maintained at about 10 −6 to 10 −5 Torr, and this is displayed by the second vacuum gauge 12. The cross-sectional shape perpendicular to the flow of the supersonic molecular flow E is a rectangular slit shape.

ところで、プラズマの超音速自由噴流Dの状態、例え
ばその静寂領域の大きさや流れの方向に沿ってのプラズ
マの気体密度,温度,流速などの物理的諸量の変化は、
ノズル26aの形状と開口部の大きさ、放電室21内の圧力
及び第1の真空室22内の真空度などの諸条件によって規
定される。従って、第1の真空室22内に形成されるプラ
ズマの超音速自由噴流Dの静寂領域からスキマー28aを
通して第2の真空室23内へプラズマの超音速分子流Eを
抽出する場合、該抽出を色々な諸条件の変化に対応して
最適に保つためには、ノズル26aとスキマー28aとの間の
距離を連続的に可変とする機構を設けておくことが好ま
しい。
By the way, the state of the supersonic free jet D of the plasma, for example, the change of the physical quantities such as the gas density, temperature, and flow velocity of the plasma along the size of the quiet region and the direction of the flow are as follows.
It is defined by various conditions such as the shape of the nozzle 26a and the size of the opening, the pressure in the discharge chamber 21, the degree of vacuum in the first vacuum chamber 22, and the like. Therefore, when extracting a supersonic molecular flow E of plasma from the quiet region of the supersonic free jet D of plasma formed in the first vacuum chamber 22 into the second vacuum chamber 23 through the skimmer 28a, the extraction is performed. It is preferable to provide a mechanism for continuously varying the distance between the nozzle 26a and the skimmer 28a in order to keep the distance optimally in response to changes in various conditions.

第13図にこのようなノズル26a−スキマー28a間距離の
連続可変機構の一例を示す。図において、放電室21は例
えばベローズ41によって第1の真空室22に接続され、こ
のベローズ41の長さを伸縮させて放電室21を第13図に示
す矢印α及びβ方向に動かすことにより、ノズル26a−
スキマー28a間距離を連続的に変えることができる。従
って、諸条件の変化に対応して状態の変化するプラズマ
の超音速自由噴流Dから最適にプラズマの超音速分子流
Eを抽出することができる。
FIG. 13 shows an example of such a continuously variable mechanism of the distance between the nozzle 26a and the skimmer 28a. In the drawing, the discharge chamber 21 is connected to the first vacuum chamber 22 by, for example, a bellows 41, and the length of the bellows 41 is expanded and contracted to move the discharge chamber 21 in the directions of arrows α and β shown in FIG. Nozzle 26a−
The distance between the skimmers 28a can be continuously changed. Therefore, the supersonic molecular flow E of plasma can be optimally extracted from the supersonic free jet D of plasma whose state changes in response to changes in various conditions.

このようにして第2の真空室23内に抽出されたプラズ
マの超音速分子流Eにおいては、プラズマの気体温度が
絶対温度で数度以下と極めて低い、すなわち中性原子分
子やイオンなど重粒子の熱運動速度が極めて小さく重粒
子間の相互作用が無視できる。このような特性を有する
プラズマの超音速分子流Eは、第2の隔壁29に設置され
た断面が矩形スリット状のコリメーター30aを通過して
第3の真空室24内に流入する。ここで、コリメーター30
の開口部の短辺はスキマー28aの開口部の短辺と同程度
以下であり、第3の真空室24内の真空度は10-8〜10-7To
rr程度に保持されており、これが第3の真空計13により
示される。第3の真空室24内にコリメーター30aを通過
して流入したプラズマの超音速分子流Jに対向して、被
エッチング基板1が電極2上に配置されているので、プ
ラズマの超音速分子流Jは被エッチング基板1に対し垂
直に吹きつけられることとなる。また、超音速分子流J
の流れに垂直な断面形状は矩形スリット状となる。
In the supersonic molecular flow E of the plasma extracted in the second vacuum chamber 23 in this manner, the gas temperature of the plasma is extremely low as a few degrees or less in absolute temperature, that is, heavy particles such as neutral atomic molecules and ions. Has a very small thermal velocity, and the interaction between heavy particles can be neglected. The supersonic molecular flow E of the plasma having such characteristics flows into the third vacuum chamber 24 through the collimator 30a having a rectangular slit cross section, which is provided on the second partition wall 29. Where the collimator 30
Is shorter than or equal to the short side of the opening of the skimmer 28a, and the degree of vacuum in the third vacuum chamber 24 is 10 −8 to 10 −7 To
rr, which is indicated by the third vacuum gauge 13. Since the substrate 1 to be etched is disposed on the electrode 2 so as to face the supersonic molecular flow J of the plasma flowing into the third vacuum chamber 24 through the collimator 30a, the supersonic molecular flow J is blown perpendicular to the substrate 1 to be etched. The supersonic molecular flow J
The cross section perpendicular to the flow is rectangular slit shape.

このように被エッチング基板1には、気体温度が絶対
温度で数度以下と極めて低い、すなわち中性原子分子や
イオンなど重粒子の熱運動速度が極めて小さく、重粒子
間の相互作用が無視できる反応性弱電離プラズマの超音
速分子流Jが吹きつけられるので、反応性弱電離プラズ
マのイオンや中性原子分子ラジカルなどは低温低エネル
ギー反応性粒子ビームとして基板表面に垂直に入射す
る。従って、イオンや中性原子分子ラジカルの基板表面
に対して水平方向の速度成分は垂直方向の入射速度に比
べて極めて小さくなり、また入射エネルギーは物理的ス
パッタしきい値に比べて遙かに小さくなる。
As described above, the substrate 1 to be etched has an extremely low gas temperature of several degrees or less in absolute temperature, that is, the thermal motion velocity of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is extremely small, and the interaction between heavy particles can be ignored. Since the supersonic molecular flow J of the reactive weakly ionized plasma is blown, ions and neutral atomic molecular radicals of the reactive weakly ionized plasma are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy reactive particle beam. Therefore, the velocity component of ions and neutral atomic radicals in the horizontal direction with respect to the substrate surface becomes extremely small compared to the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. Become.

ここで、エッチングガスAとして、例えば従来例と同
じく塩素Cl2とアルゴンArの混合ガスを用いた場合、中
性原子ラジカルとしてはCl、原子イオンとしてはCl+とA
r+、そして分子イオンとしてはCl2 +が生じる。この例の
場合、分子ラジカルは存在しない。また、プラズマの超
音速分子流の気体密度、すなわち中性原子分子やイオン
など重粒子の密度は1012〜1015cm-3、プラズマ密度は10
9〜1012cm-3程度である。
Here, for example, when a mixed gas of chlorine Cl 2 and argon Ar is used as the etching gas A as in the conventional example, Cl is used as a neutral atomic radical, and Cl + and A are used as atomic ions.
r + , and Cl 2 + as the molecular ion. In this case, there are no molecular radicals. Further, the gas density of the supersonic molecular flow of plasma, that is, the density of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is 10 12 to 10 15 cm -3 , and the plasma density is 10
It is about 9 to 10 12 cm -3 .

第14図はこの実施例のプラズマの超音速分子流を用い
たドライエッチング装置において、プラズマの超音速分
子流に対向する電極上に配置された基板上物質がエッチ
ングされるメカニズムを説明するための概略図である。
この場合も、従来例と同じく基板近傍には空間電荷領域
(シース)が形成され、シース領域に入射した正イオン
は、10V程度のシース電位(プラズマ電位)によって基
板方向に加速され基板表面に垂直に入射する。
FIG. 14 is a view for explaining a mechanism in which a substance on a substrate disposed on an electrode facing the supersonic molecular flow of plasma is etched in a dry etching apparatus using a supersonic molecular flow of plasma of this embodiment. It is a schematic diagram.
Also in this case, a space charge region (sheath) is formed near the substrate similarly to the conventional example, and the positive ions incident on the sheath region are accelerated in the direction of the substrate by a sheath potential (plasma potential) of about 10 V and are perpendicular to the substrate surface. Incident on.

一方、中性ラジカルはシース電位に応答しないが、従
来例とは異なり超音速分子流の状態で基板表面に垂直に
入射する。従ってエッチングの選択性を決定する中性ラ
ジカルによる化学エッチングは非等方的となり、エッチ
ングの異方性が同時に得られる。
On the other hand, the neutral radical does not respond to the sheath potential, but, unlike the conventional example, is incident perpendicularly to the substrate surface in a supersonic molecular flow state. Therefore, chemical etching using neutral radicals which determines the selectivity of etching becomes anisotropic, and anisotropy of etching can be obtained at the same time.

また、イオンの基板表面への入射エネルギーはシース
電位によって加速されてもなお20eV程度の物理的スパッ
タしきい値より小さく、イオンによる基板表面の物理的
スパッタリングやイオンアシスト過程と呼ばれる中性ラ
ジカルとイオンとの競合過程によるエッチングは発生せ
ず、被エッチング薄膜表面層に対する損傷も生じない。
In addition, the incident energy of ions on the substrate surface is still smaller than the physical sputter threshold of about 20 eV even when accelerated by the sheath potential. No etching occurs due to a competition process with the thin film, and no damage occurs to the surface layer of the thin film to be etched.

結局、この実施例のドライエッチング装置において
は、中性ラジカルによる非等方的化学エッチングが基板
上物質のエッチング過程を支配し、超高異方性のみなら
ず超高選択性及び極低損傷性をも同時に満足するエッチ
ングが行われることとなる。
After all, in the dry etching apparatus of this embodiment, the anisotropic chemical etching by neutral radicals controls the etching process of the substance on the substrate, and not only the super anisotropy but also the super high selectivity and the extremely low damage. Is also performed at the same time.

このように本実施例では、放電によって生成されたプ
ラズマ10をノズル26aを通して第1の真空室22内に超音
速膨張させてプラズマの超音速自由噴流Dを形成し、さ
らにこの超音速自由噴流Dからスキマー28aを通して第
2の真空室23内にプラズマの超音速分子流Eを抽出し、
この気体温度が極めて低い、すなわち中性原子分子やイ
オンなど重粒子の熱運動速度が極めて小さく重粒子間の
相互作用が無視できるプラズマの超音速分子流をコリメ
ーター30aを通して第3の真空室24内の被エッチング基
板1に吹きつけるように構成したので、プラズマのイオ
ンや中性原子分子は低温低エネルギー粒子ビームとして
基板表面に垂直に入射することとなる。この場合、イオ
ンや中性ラジカルの基板表面に対して水平方向の速度成
分は垂直方向の入射速度に比べて極めて小さく、また入
射エネルギーは物理的スパッタしきい値に比べて遙かに
小さくなる。この結果中性ラジカルによる非等方的化学
エッチングが基板上物質のエッチング過程を支配し、超
高異方性のみならず超高選択性と、極低損傷性をも同時
に満足するエッチングを実現できる放電プラズマを用い
たドライエッチング装置が得られる効果がある。
As described above, in the present embodiment, the plasma 10 generated by the discharge is supersonic expanded into the first vacuum chamber 22 through the nozzle 26a to form a supersonic free jet D of the plasma, and the supersonic free jet D A supersonic molecular flow E of plasma into the second vacuum chamber 23 through the skimmer 28a,
The supersonic molecular flow of the plasma, whose gas temperature is extremely low, that is, the thermal motion velocity of the heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is extremely small and the interaction between the heavy particles is negligible, is passed through the collimator 30a to the third vacuum chamber 24. Since the plasma is sprayed on the substrate 1 to be etched, the plasma ions and neutral atom molecules are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy particle beam. In this case, the velocity component of ions and neutral radicals in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. As a result, anisotropic chemical etching by neutral radicals controls the etching process of the substance on the substrate, and it is possible to realize not only ultra-high anisotropy but also ultra-high selectivity and ultra-low damage simultaneously. There is an effect that a dry etching apparatus using discharge plasma can be obtained.

また、本実施例では第13図に示すようにノズル26a−
スキマー28a間距離の連続可変機構を設けているので、
諸条件の変化に対応して状態の変化するプラズマの超音
速自由噴流Dから最適にプラズマの超音速分子流Eを抽
出することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG.
Since a continuous variable mechanism of the distance between the skimmers 28a is provided,
The supersonic molecular flow E of plasma can be optimally extracted from the supersonic free jet D of plasma whose state changes in response to changes in various conditions.

なお、上記実施例ではイオンや中性ラジカルの入射エ
ネルギーを物理的スパッタしきい値より小さく設定した
場合について説明したが、イオンの入射エネルギーを物
理的スパッタしきい値より大きく設定して、イオンによ
る物理的スパッタリングを補助的に行うようにしてもよ
い。
In the above embodiment, the case where the incident energy of ions and neutral radicals is set to be smaller than the physical sputter threshold is described. Physical sputtering may be performed in an auxiliary manner.

例えば、被エッチング物質の種類によっては、イオン
の基板表面への入射エネルギーを物理的スパッタしきい
値より高くして、中性ラジカルによる非等方的化学エッ
チングのみならず、イオンによる物理的スパッタリング
や中性ラジカルとイオンとの競合過程であるイオンアシ
スト過程によるエッチングを付加する必要が生じる。従
って、色々な被エッチング物質に対応して最適なエッチ
ングを行うには、イオンの基板表面への入射エネルギー
を高くできる手段を独立に設けておくことが好ましい。
For example, depending on the type of the substance to be etched, the incident energy of ions on the substrate surface is set higher than the physical sputtering threshold, so that not only anisotropic chemical etching by neutral radicals but also physical sputtering by ions It is necessary to add etching by an ion assist process, which is a competition process between neutral radicals and ions. Therefore, in order to perform optimum etching in accordance with various substances to be etched, it is preferable to independently provide a means capable of increasing the incident energy of ions on the substrate surface.

第15図に、このようなイオン入射エネルギーを増大す
る手段を設けた場合について示す。
FIG. 15 shows a case where such means for increasing the ion incident energy is provided.

ここでは、被エッチング基板1が載置された電極2に
RF電力を印加するRF電極印加手段43を設け、電極2に自
己バイアス電位を発生させることによって、基板近傍に
形成されるシースのシース電位(プラズマ電位+電極の
自己バイアス電位)を高めている。すなわちRF電力印加
手段43によって電極2に印加するRF電力を増大させる
と、基板近傍に形成されるシースのシース電位は高くな
り、シース領域に入射したイオンのシース電位による加
速が増大し、基板表面へのイオンの入射エネルギーを高
くすることができる。これにより、中性ラジカルによる
非等方的化学エッチングのみならず、イオンによる物理
的スパッタリングや中性ラジカルとイオンの競合過程で
あるイオンアシスト過程によるエッチングも進行する。
Here, the electrode 2 on which the substrate 1 to be etched is
An RF electrode applying means 43 for applying RF power is provided to generate a self-bias potential on the electrode 2, thereby increasing the sheath potential (plasma potential + electrode self-bias potential) of the sheath formed near the substrate. That is, when the RF power applied to the electrode 2 is increased by the RF power applying means 43, the sheath potential of the sheath formed near the substrate increases, and the acceleration of ions incident on the sheath region due to the sheath potential increases. Can increase the incident energy of ions to the substrate. As a result, not only anisotropic chemical etching by neutral radicals but also physical sputtering by ions and etching by an ion assist process, which is a competitive process between neutral radicals and ions, proceed.

次に本発明の第4の実施例について説明する。第16図
は本発明の第4の実施例によるドライエッチング装置の
構成を示す要部断面図である。図において、第11図と同
一符号は同一または相当部分を示し、34は上記第2の真
空室23内に設置され、第2の真空室23内のプラズマの超
音速分子流Eから荷電粒子、つまりイオンや電子を除去
して中性原子分子気体の超音速分子流Fを形成するため
の一対の荷電粒子除去用電極、35はこの一対の電極34の
間に電圧を印加する直流電圧印加手段で、上記電極34及
び直流電圧印加手段35から荷電粒子除去手段が構成され
ている。またGはこの中性原子分子気体の超音速分子流
Fのうち、上記コリメーター30aを通過して上記第3の
真空室24内に流入した中性原子分子気体の超音速分子流
であり、上記被エッチング基板1はこの超音速分子流G
に対向するよう上記第3の真空室24内の電極2上に配置
されている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is a sectional view of a principal part showing the configuration of a dry etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 11, the same reference numerals as those in FIG. 11 denote the same or corresponding parts, and 34 is installed in the second vacuum chamber 23, and charged particles, from supersonic molecular flow E of plasma in the second vacuum chamber 23, That is, a pair of charged particle removing electrodes 35 for removing ions and electrons to form a supersonic molecular flow F of a neutral atomic molecular gas, and 35 is a DC voltage applying means for applying a voltage between the pair of electrodes 34. The electrode 34 and the DC voltage applying means 35 constitute a charged particle removing means. G is a supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas in the supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas that has passed through the collimator 30a and flowed into the third vacuum chamber 24. The substrate 1 to be etched has the supersonic molecular flow G
The electrode is disposed on the electrode 2 in the third vacuum chamber 24 so as to face the electrode.

次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.

上記放電室21内でエッチングガスAを電離し、該電離
気体を開口部断面が矩形スリット状の二次元ノズル26a
を通して第1の真空室22内にて超音速膨張させ、超音速
自由噴流Dを形成し、さらに開口部断面が矩形スリット
状の二次元スキマー28aにより、該超音速自由噴流Dか
ら流れに垂直な断面形状が矩形スリット状のプラズマの
超音速分子流Eを上記第2の真空室23内に抽出するとこ
ろまでは上記第3の実施例と同様であるのでその説明は
省略する。
The etching gas A is ionized in the discharge chamber 21, and the ionized gas is supplied to the two-dimensional nozzle 26a having a rectangular slit-shaped opening section.
Through the supersonic free jet D in the first vacuum chamber 22 to form a supersonic free jet D. Further, the opening cross section is perpendicular to the flow from the supersonic free jet D by a two-dimensional skimmer 28a having a rectangular slit shape. The process up to the point where the supersonic molecular flow E of the plasma having a rectangular cross section is extracted into the second vacuum chamber 23 is the same as that in the third embodiment, and the description thereof is omitted.

上記第2の真空室23内には、プラズマの超音速分子流
Eを挟むように一対の荷電粒子除去用電極34が配設され
ており、この一対の電極34の間には直流電圧印加手段35
により電圧が印加されて、上記超音速分子流Eの流れの
方向と直角方向に電界が生じている。従って、この一対
の電極34の間に流入したプラズマの超音速分子流Eのイ
オンと電子は、超音速分子流Eの流れの方向と直角方向
の電界によってお互いに逆方向に分離,移動し、一対の
電極34に捕捉される。その結果、荷電粒子除去用電極34
を通過したプラズマの超音速分子流Eからはイオンと電
子が取り除かれ、中性原子分子気体の超音速分子流Fが
取り出される。ここで、超音速分子流Fの流れに垂直な
断面形状も矩形スリット状である。
In the second vacuum chamber 23, a pair of charged particle removing electrodes 34 is disposed so as to sandwich the supersonic molecular flow E of plasma, and a DC voltage applying means is provided between the pair of electrodes 34. 35
, And an electric field is generated in a direction perpendicular to the flow direction of the supersonic molecular flow E. Accordingly, the ions and electrons of the supersonic molecular flow E of the plasma flowing between the pair of electrodes 34 are separated and moved in directions opposite to each other by an electric field perpendicular to the direction of the flow of the supersonic molecular flow E. It is captured by the pair of electrodes 34. As a result, the charged particle removing electrode 34
The ions and electrons are removed from the supersonic molecular flow E of the plasma that has passed, and a supersonic molecular flow F of a neutral atomic molecular gas is extracted. Here, the cross-sectional shape perpendicular to the flow of the supersonic molecular flow F is also a rectangular slit shape.

このようにして生成された中性原子分子気体の超音速
分子流Fにおいては、プラズマの超音速分子流Eと同
様、気体温度が絶対温度で数度以下と極めて低く、すな
わち中性原子分子の熱運動速度が極めて小さく、粒子間
の相互作用が無視できる。このような特性を有する中性
原子分子気体の超音速分子流Fは、第2の隔壁29に配置
された断面が矩形スリット状のコリメーター30aを通過
して第3の真空室24内に流入する。なおここで該コリメ
ーター30aの開口部の短辺は上記第3の実施例と同様、
スキマー28aの開口部の短辺と同程度以下であり、また
第3の真空室24内の真空度は10-8〜10-7Torr程度に保持
され、これが第3の真空計13により表示されている。
In the supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas generated in this way, the gas temperature is extremely low at several degrees or less in absolute temperature as in the case of the supersonic molecular flow E of the plasma. The thermal velocity is extremely low and the interaction between particles is negligible. The supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecule gas having such characteristics passes through the collimator 30a having a rectangular slit shape in section disposed on the second partition wall 29 and flows into the third vacuum chamber 24. I do. Here, the short side of the opening of the collimator 30a is the same as in the third embodiment.
It is less than or equal to the short side of the opening of the skimmer 28a, and the degree of vacuum in the third vacuum chamber 24 is maintained at about 10 -8 to 10 -7 Torr, which is indicated by the third vacuum gauge 13. ing.

そして上記第3の真空室24内では、コリメーター30a
を通過して流入した中性原子分子気体の超音速分子流G
が、電極2上に載置された被エッチング基板1に垂直に
吹きつけられることとなる。また、超音速分子流Gの流
れに垂直な断面形状は矩形スリット状となる。
In the third vacuum chamber 24, the collimator 30a
Supersonic molecular flow G of neutral atomic molecular gas flowing through
Is vertically sprayed on the substrate 1 to be etched placed on the electrode 2. The cross-sectional shape perpendicular to the flow of the supersonic molecular flow G is a rectangular slit shape.

このように被エッチング基板1には、気体温度が絶対
温度で数度以下と極めて低い、すなわち中性原子分子の
熱運動速度が極めて小さく粒子間の相互作用が無視でき
る反応性中性原子分子気体の超音速分子流Gが吹きつけ
られるので、反応性中性原子分子気体の中性原子分子ラ
ジカルは低温低エネルギーの反応性粒子ビームとして基
板表面に垂直に入射する。従って、中性原子分子ラジカ
ルの基板表面に水平方向の速度成分は垂直方向の入射速
度に比べて極めて小さく、また入射エネルギーは物理的
スパッタしきい値に比べて遙かに小さい。
As described above, the substrate 1 to be etched has a gas temperature extremely low as several degrees or less in absolute temperature, that is, a reactive neutral atom gas in which the thermal motion velocity of neutral atom molecules is extremely small and the interaction between particles can be ignored. Is sprayed, the neutral atomic radicals of the reactive neutral atomic gas are perpendicularly incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy reactive particle beam. Accordingly, the velocity component of the neutral atomic molecular radical in the horizontal direction on the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold.

第17図は、この第4の実施例のドライエッチング装置
において、中性原子分子気体の超音速分子流に対向して
配置された基板上物質がエッチングされるメカニズムを
説明するための概略図である。この実施例装置において
は、プラズマではなく中性原子分子気体を用いてエッチ
ングを行うので、基板近傍に空間電荷領域(シース)は
形成されず、またイオンのエッチングへの寄与も存在し
ない。一方、中性原子分子ラジカルは超音速分子流の状
態で基板表面に垂直に入射するので、中性ラジカルによ
る基板上物質の化学エッチングは非等方的となり、エッ
チングの選択性のみならず異方性をも同時に与える。従
ってこの実施例のドライエッチング装置においては、中
性ラジカルによる非等方的化学エッチングのみにより基
板上物質のエッチングは進行し、超高異方性のみならず
超高選択性と極低損傷性をも同時に満足するエッチング
が行われる。
FIG. 17 is a schematic diagram for explaining a mechanism of etching a substance on a substrate disposed opposite to a supersonic molecular flow of a neutral atomic molecular gas in the dry etching apparatus of the fourth embodiment. is there. In the apparatus of this embodiment, since etching is performed using a neutral atomic molecule gas instead of plasma, a space charge region (sheath) is not formed near the substrate, and there is no contribution to ion etching. On the other hand, the neutral atomic molecular radicals are perpendicularly incident on the substrate surface in the state of supersonic molecular flow, so the chemical etching of the substance on the substrate by the neutral radicals becomes anisotropic. Gives sex at the same time. Therefore, in the dry etching apparatus of this embodiment, the etching of the substance on the substrate proceeds only by anisotropic chemical etching using neutral radicals, and not only ultra-high anisotropy but also ultra-high selectivity and ultra-low damage property are obtained. At the same time, satisfactory etching is performed.

なお、ここではプラズマの超音速分子流Eからイオン
や電子を取り除いて生成された中性原子分子気体の超音
速分子流Fは、原子ラジカルとしてClを含み、気体密度
は1012〜1015cm-3程度となっている。
Here, the supersonic molecular flow F of neutral atomic molecular gas generated by removing ions and electrons from the supersonic molecular flow E of plasma contains Cl as atomic radicals and has a gas density of 10 12 to 10 15 cm. It is about -3 .

このように本実施例によれば、放電によって生成され
たプラズマ10をノズル26aを通して第1の真空室22内に
超音速膨張させてプラズマの超音速自由噴流Dを形成
し、次にこの超音速自由噴流Dからスキマー28aを通し
て第2の真空室23内に気体温度が極めて低く重粒子間の
相互作用が無視できるプラズマの超音速分子流Eを抽出
し、さらにこのプラズマの超音速分子流Eから荷電粒子
除去手段によってイオンと電子を取り除いて、気体温度
が極めて低い、すなわち中性原子分子の熱運動速度が極
めて小さく粒子間の相互作用が無視できる中性原子分子
気体の超音速分子流Fをコリメーター30aを通して被エ
ッチング基板1に吹きつけるように構成したので、中性
原子分子が低温低エネルギー粒子ビームとして基板表面
に垂直に入射することになる。
As described above, according to the present embodiment, the plasma 10 generated by the discharge is supersonic-expanded into the first vacuum chamber 22 through the nozzle 26a to form a supersonic free jet D of the plasma. A supersonic molecular flow E of plasma having extremely low gas temperature and negligible interaction between heavy particles is extracted from the free jet D through the skimmer 28a into the second vacuum chamber 23, and further, from the supersonic molecular flow E of this plasma. The ions and electrons are removed by the charged particle removing means, and the gas temperature is extremely low, that is, the supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecule gas, in which the thermal motion velocity of the neutral atomic molecules is extremely small and the interaction between the particles can be ignored. Since the structure is such that the substrate is blown onto the substrate 1 through the collimator 30a, the neutral atomic molecules are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy particle beam.

この場合、中性原子分子ラジカルの基板表面と水平方
向の速度成分は垂直方向の入射速度に比べて極めて小さ
く、また入射エネルギーは物理的スパッタしきい値に比
べて遙かに小さい。従って中性原子分子ラジカルによる
非等方的化学エッチングのみにより基板上物質のエッチ
ングが進行し、これにより超高異方性のみならず超高選
択性および極低損傷性をも同時に満足するエッチングを
実現できる効果がある。
In this case, the velocity component of the neutral atomic molecular radical in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. Therefore, the etching of the substance on the substrate proceeds only by the anisotropic chemical etching by the neutral atomic molecular radical, thereby achieving the etching satisfying not only the ultra-high anisotropy but also the ultra-high selectivity and the ultra-low damage simultaneously. There are effects that can be realized.

また、エッチングが中性原子分子ラジカルにより行わ
れるため、荷電粒子による被エッチング基板の帯電(チ
ャージアップ)による静電的な破壊を防止することがで
きる効果もある。
In addition, since the etching is performed by neutral atomic molecular radicals, there is also an effect that electrostatic destruction due to charging (charge-up) of the substrate to be etched by charged particles can be prevented.

なお、この第4の実施例ではプラズマの超音速分子流
Eのイオンと電子を、第2の真空室23内に設置した電荷
粒子除去用電極34によって取り除いて中性原子分子気体
の超音速分子流Fを取り出す場合について説明したが、
荷電粒子除去用電極34は第3の真空室24内に設置しても
よい。その場合プラズマの超音速分子流Eはコリメータ
30aを通過して第3の真空室24内に流入し、第3の真空
室24内でプラズマの超音速分子流からイオンと電子を取
り除いて中性原子分子気体の超音速分子流を取り出すこ
とになる。
In the fourth embodiment, ions and electrons of the supersonic molecular stream E of plasma are removed by the charged particle removing electrode 34 installed in the second vacuum chamber 23, and the supersonic molecular stream of neutral atomic molecular gas is removed. Although the case where the flow F is taken out has been described,
The charged particle removing electrode 34 may be provided in the third vacuum chamber 24. In that case, the supersonic molecular flow E of the plasma is a collimator
After passing through 30a and flowing into the third vacuum chamber 24, removing ions and electrons from the supersonic molecular flow of the plasma in the third vacuum chamber 24 and extracting the supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas become.

また、上記第4の実施例では荷電粒子除去手段に電界
のみを用いる場合について説明したが、電界と磁界の両
方を用いてもよい。
In the fourth embodiment, the case where only the electric field is used for the charged particle removing means has been described. However, both the electric field and the magnetic field may be used.

第18図は電界と磁界とを用いた構成を説明するための
断面構成図であり、この構成では中心に矩形の開口部を
有する一対の電極34aがプラズマの超音速分子流Eに対
向して設置され、この一対の電極34aの間には直流電圧
印加手段35により電圧が印加されて、超音速分子流Eの
流れの方向と平行に電界が生じている。
FIG. 18 is a cross-sectional configuration diagram for explaining a configuration using an electric field and a magnetic field. In this configuration, a pair of electrodes 34a having a rectangular opening at the center face the supersonic molecular flow E of plasma. A voltage is applied between the pair of electrodes 34a by the DC voltage applying means 35, and an electric field is generated in parallel with the flow direction of the supersonic molecular flow E.

この場合、この一対の電極34aの間に流入したプラズ
マの超音速分子流Eのイオンと電子は、超音速分子流の
流れの方向に平行な電界によって互いに逆方向に分離,
移動し、さらに一対の電極34aに続いて設置された永久
磁石あるいは電磁コイルを用いた磁界印加手段43aによ
って向きを変えられて超音速分子流から取り除かれ、中
性原子分子気体の超音速分子流Fが取り出される。ここ
で、直流電圧印加手段35の極性は負、磁界印加手段43a
による磁界の方向は超音速分子流の流れの方向に直角な
γ方向、またIは磁界γにより向きを変えられたイオン
流である。
In this case, the ions and electrons of the supersonic molecular flow E of the plasma flowing between the pair of electrodes 34a are separated in opposite directions by an electric field parallel to the flow direction of the supersonic molecular flow.
The supersonic molecular flow is moved and further removed from the supersonic molecular flow by the magnetic field applying means 43a using a permanent magnet or an electromagnetic coil installed following the pair of electrodes 34a, and the supersonic molecular flow F is taken out. Here, the polarity of the DC voltage applying means 35 is negative, and the magnetic field applying means 43a is
The direction of the magnetic field due to is the γ direction perpendicular to the direction of the flow of the supersonic molecular flow, and I is the ion flow turned by the magnetic field γ.

さらに本発明の第5の実施例について説明する。第19
図は、本発明の第5の実施例によるドライエッチング装
置における被エッチング基板1の付近を示す部分断面図
である。図において、第11図,第16図と同一符号は同一
または相当部分を示し、50は被エッチング基板1の位置
を、エッチングに際してプラズマの超音速分子流Jある
いは中性原子分子気体の超音速分子流Gに対して相対的
に移動させる方向を示している。
Further, a fifth embodiment of the present invention will be described. 19th
FIG. 5 is a partial sectional view showing the vicinity of a substrate 1 to be etched in a dry etching apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. 11, the same reference numerals as those in FIGS. 11 and 16 denote the same or corresponding parts, and 50 denotes a position of the substrate 1 to be etched, and a supersonic molecular flow J of plasma or a supersonic molecule of a neutral atomic molecular gas during etching. The direction of movement relative to the flow G is shown.

次に動作について説明する。本発明の第3,第4の実施
例においては、放電室21で生成されたプラズマを、開口
部断面が矩形スリット状の二次元ノズル26aを通して第
1の真空室22内に超音速膨張させてプラズマの超音速自
由噴流Dを形成し、さらにこの超音速自由噴流Dから開
口部断面が矩形スリット状の二次元スキマー28aを通し
て第2の真空室23内にプラズマの超音速分子流Eを抽出
しているので、この超音速分子流Eはその流れに垂直な
断面形状が矩形スリット状のシート状ビームとなる。従
って、それに続いて断面が矩形スリット状のコリメータ
ー30aを通過して第3の真空室24内に流入したプラズマ
の超音速分子流J、あるいは荷電粒子除去用電極34とコ
リメーター30aを通過して、第3の真空室24内に流入し
た中性原子分子気体の超音速分子流Gについて、その流
れに垂直な断面形状は矩形スリット状となる。従ってエ
ッチングに際して、その短辺方向50に被エッチング基板
1の位置を移動させることにより、超高異方性,超高選
択性および極低損傷性を同時に満足するエッチングがよ
り大口径基板に対して可能となる効果がある。ここで、
エッチング可能な被エッチング基板1の口径は、シート
状ビームであるプラズマの超音速分子流Jあるいは中性
原子分子気体の超音速分子流Gの流れに垂直な断面の長
辺程度、ひいては断面が矩形スリット状の二次元ノズル
26aおよび二次元スキマー28aの開口部の長辺程度とな
る。
Next, the operation will be described. In the third and fourth embodiments of the present invention, the plasma generated in the discharge chamber 21 is supersonic-expanded into the first vacuum chamber 22 through the two-dimensional nozzle 26a having a rectangular slit-shaped cross section. A supersonic free jet D of the plasma is formed, and a supersonic molecular flow E of the plasma is extracted from the supersonic free jet D into the second vacuum chamber 23 through a two-dimensional skimmer 28a having a rectangular slit-shaped opening section. Therefore, the supersonic molecular flow E is a sheet-like beam having a rectangular slit shape in cross section perpendicular to the flow. Accordingly, subsequently, the supersonic molecular flow J of the plasma that has flowed into the third vacuum chamber 24 after passing through the collimator 30a having a rectangular slit cross section, or passing through the charged particle removing electrode 34 and the collimator 30a. The supersonic molecular flow G of the neutral atomic molecular gas flowing into the third vacuum chamber 24 has a rectangular slit-shaped cross section perpendicular to the flow. Therefore, when etching, the position of the substrate 1 to be etched is moved in the short side direction 50, so that etching that simultaneously satisfies ultra-high anisotropy, ultra-high selectivity, and ultra-low damage can be performed on a substrate having a larger diameter. There is a possible effect. here,
The diameter of the substrate 1 to be etched is about the long side of the cross section perpendicular to the flow of the supersonic molecular flow J of the plasma, which is a sheet beam, or the supersonic molecular flow G of a neutral atomic gas, and thus the cross section is rectangular. Slit-shaped two-dimensional nozzle
The length is about the long side of the opening of the 26a and the two-dimensional skimmer 28a.

なお、上記第3,第4,第5の実施例は、放電試室21内の
プラズマの生成を、RFを用いた高周波誘導グロー放電あ
るいはアーク放電により、つまり放電室の外側に設置し
たコイル14等により間接的にその内部に高周波電界を誘
導して行う場合について説明したが、これはプラズマを
RFあるいはマイクロ波などを用いた高周波グロー放電あ
るいはアーク放電により行う、つまり放電室21内に対向
電極あるいはアンテナを配置して、これにより直接該放
電室内に高周波電界を発生してプラズマの生成を行うよ
うにしてもよく、またマイクロ波ビーム,電子ビーム,
イオンビーム,中性粒子ビーム、レーザービームなどを
用いたビーム照射電離放電によりプラズマを生成する構
成としてもよい。
In the third, fourth, and fifth embodiments, the generation of the plasma in the discharge test chamber 21 is performed by a high-frequency induction glow discharge using RF or an arc discharge, that is, the coil 14 installed outside the discharge chamber. Although the case where the high-frequency electric field is indirectly induced in the inside by the method described above is explained, this is the case where the plasma is generated.
RF or microwave high-frequency glow discharge or arc discharge is used. That is, a counter electrode or an antenna is arranged in the discharge chamber 21, thereby generating a high-frequency electric field directly in the discharge chamber to generate plasma. Or microwave, electron beam,
The plasma may be generated by beam irradiation ionization discharge using an ion beam, a neutral particle beam, a laser beam, or the like.

また、上記各実施例では、エッチングガスAとして塩
素とアルゴンの混合ガスを用い、被エッチング基板1上
の多結晶シリコンをエッチングする場合について説明し
たが、その他のエッチングガスを選択してもよく、また
多結晶シリコン以外の被エッチング物質を適当なエッチ
ングガスを選択してエッチングを行ってもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the case where the mixed gas of chlorine and argon is used as the etching gas A to etch the polycrystalline silicon on the substrate 1 to be etched is described. However, another etching gas may be selected. Further, a substance to be etched other than polycrystalline silicon may be etched by selecting an appropriate etching gas.

さらに上記各実施例では、RF印加手段6および43の周
波数が13.56MHzの場合について説明したが、その他の周
波数を用いてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the case where the frequency of the RF applying means 6 and 43 is 13.56 MHz has been described, but other frequencies may be used.

さらにまた、上記各実施例では断面が矩形スリット状
の二次元ノズル26aの開口部が0.5×50mm(縦横比100)
程度の場合について説明したが、第1の真空排気手段31
の排気速度を増強して、ノズル26aの開口部面積を大き
くし、さらに第2の真空排気手段32の排気速度を増強し
て断面が矩形スリット状の二次元スキマー28aの開口部
面積をノズル26aの開口部面積に適応して大きくしても
よい。
Furthermore, in each of the above embodiments, the opening of the two-dimensional nozzle 26a having a rectangular slit in cross section is 0.5 × 50 mm (aspect ratio: 100).
Although the case of the degree has been described, the first evacuation means 31
To increase the opening area of the nozzle 26a, and further increase the exhaust rate of the second vacuum evacuation means 32 to increase the opening area of the two-dimensional skimmer 28a having a rectangular slit cross section. May be increased in accordance with the area of the opening.

この場合、第3の実施例装置ではスキマー28aを通し
て抽出されるプラズマの超音速分子流Eの流束は増大
し、第3の真空排気手段33の排気速度を増強してコリメ
ーター30aの開口部を大きくすることにより、被エッチ
ング基板1上の被エッチング面積とエッチング速度が増
大する。
In this case, in the apparatus of the third embodiment, the flux of the supersonic molecular stream E of the plasma extracted through the skimmer 28a increases, and the pumping speed of the third vacuum pumping means 33 is increased to increase the opening of the collimator 30a. Is increased, the area to be etched on the substrate 1 to be etched and the etching rate are increased.

また第4の実施例装置では、スキマー28aを通して抽
出されるプラズマの超音速分子流Eの流束、ひいては荷
電粒子除去用電極34を通過して取り出される中性原子分
子気体の超音速分子流Fの流束が増大し、第3の真空排
気手段33の排気速度を増強してコリメーター30aの開口
部を大きくすることにより、被エッチング基板1上の被
エッチング面積とエッチング速度が増大する。
Further, in the apparatus of the fourth embodiment, the supersonic molecular flow E of the neutral atomic molecular gas which is extracted through the flux of the supersonic molecular flow E of the plasma extracted through the skimmer 28a and the charged particle removing electrode 34 is obtained. Is increased, the pumping speed of the third vacuum pumping means 33 is increased, and the opening of the collimator 30a is increased, so that the area to be etched and the etching rate on the substrate 1 to be etched are increased.

さらに、第5の実施例装置では、特に断面が矩形スリ
ット状の二次元ノズル26aおよび二次元スキマー28aの開
口部の縦横比を大きくすることが有効である。開口部の
長辺をより長くして、被エッチング基板1の位置を流れ
に垂直な断面形状が矩形スリット状となる超音速分子流
JあるいはGに対して相対的に、その短辺方向に移動さ
せながらエッチングを行うことにより、より大口径基板
のエッチングが可能となる。
Further, in the fifth embodiment, it is particularly effective to increase the aspect ratio of the openings of the two-dimensional nozzle 26a and the two-dimensional skimmer 28a whose cross section is a rectangular slit. The longer side of the opening is made longer, and the position of the substrate 1 to be etched moves in the direction of the shorter side relative to the supersonic molecular flow J or G whose cross section perpendicular to the flow has a rectangular slit shape. By performing the etching while performing the etching, the etching of a substrate having a larger diameter becomes possible.

さらに、第20図はこの発明の第6の実施例によるドラ
イエッチング装置の構成を示す要部断面図である。図に
おいて、21は放電室、22はこの放電室21に隣接して配置
された第1の真空室、23はこの第1の真空室22に隣接し
て配置された第2の真空室、24はこの第2の真空室23に
隣接して配置され、被エッチング基板1を載置するため
の電極2を有する第3の真空室、26は上記放電室21の一
端25に設置されたノズル、27は上記第1の真空室22と上
記第2の真空室23とを仕切る第1の隔壁、28はこの第1
の隔壁27に設置されたスキマー、29は上記第2の真空室
23と上記第3の真空室24とを仕切る第2の隔壁、30はこ
の第2の隔壁29に設置されたコリメーターである。
FIG. 20 is a cross-sectional view of a principal part showing a configuration of a dry etching apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. In the figure, 21 is a discharge chamber, 22 is a first vacuum chamber arranged adjacent to the discharge chamber 21, 23 is a second vacuum chamber arranged adjacent to the first vacuum chamber 22, 24 Is a third vacuum chamber which is arranged adjacent to the second vacuum chamber 23 and has the electrode 2 for mounting the substrate 1 to be etched, 26 is a nozzle installed at one end 25 of the discharge chamber 21, Reference numeral 27 denotes a first partition partitioning the first vacuum chamber 22 and the second vacuum chamber 23, and 28 denotes the first partition.
A skimmer installed on the partition wall 27 of the second vacuum chamber
A second partition 30 that partitions the 23 from the third vacuum chamber 24 is a collimator installed on the second partition 29.

また、31は上記第1の真空室22の排気を行う第1の真
空排気手段、32,33はそれぞれ上記第2,第3の真空室23,
24の排気のための第2,第3の真空排気手段、7は上記放
電室21内に供給するエッチングガスAを充填した第1の
ガスボンベ、8はこの第1のガスボンベ7から上記放電
室21内へのエッチングガスの流量を調節する第1のガス
流量制御手段、15は上記放電室21内に供給する軽元素ガ
スBを充填した第2のガスボンベ、16はこの第2のガス
ボンベ15から上記放電室21内への軽元素ガスの流量を調
節する第2のガス流量制御手段、9は上記放電室21内の
ガス圧力を監視するための圧力計、11〜13はそれぞれ上
記第1〜第3の真空室22〜24内の真空度を監視するため
の第1〜第3の真空計、14は上記放電室21の周囲に設置
された高周波誘導コイル、6はこのコイル14にRF電力を
印加するRF電力印加手段である。
Reference numeral 31 denotes first vacuum exhaust means for exhausting the first vacuum chamber 22, and reference numerals 32, 33 denote the second and third vacuum chambers 23, 33, respectively.
24, a second and third vacuum exhaust means for exhausting gas, 7 is a first gas cylinder filled with an etching gas A to be supplied into the discharge chamber 21, and 8 is a first gas cylinder from the first gas cylinder 7 to the discharge chamber 21. First gas flow rate control means for adjusting the flow rate of the etching gas into the inside, 15 is a second gas cylinder filled with light element gas B to be supplied into the discharge chamber 21, and 16 is the second gas cylinder 15 Second gas flow control means for adjusting the flow rate of the light element gas into the discharge chamber 21, 9 is a pressure gauge for monitoring the gas pressure in the discharge chamber 21, and 11 to 13 are the first to 3, a first to third vacuum gauges for monitoring the degree of vacuum in the vacuum chambers 22 to 24, 14 is a high-frequency induction coil installed around the discharge chamber 21, and 6 is an RF power supply for the coil 14. This is a means for applying RF power.

また、10は上記放電室21の上記コイル14が設置された
部分に生じるRF誘導放電プラズマ、Dはこのプラズマ10
が上記ノズル26を通して上記第1の真空室22内に超音速
膨張することによって形成されたプラズマの超音速自由
噴流、Eはこのプラズマの超音速自由噴流Dから上記ス
キマー28を通して上記第2の真空室23内に抽出されたプ
ラズマの超音速分子流、Jはこのプラズマの超音速分子
流Eのうち、上記コリメーター30を通過して上記第3の
真空室24内に流入したプラズマの超音速分子流であり、
上記被エッチング基板1はこのプラズマの超音速分子流
Jに対向するよう上記第3の真空室24内の電極2上に設
置されている。
Reference numeral 10 denotes an RF induced discharge plasma generated in a portion of the discharge chamber 21 where the coil 14 is installed.
Is a supersonic free jet of plasma formed by supersonic expansion into the first vacuum chamber 22 through the nozzle 26, and E is a supersonic free jet of the plasma from the supersonic free jet D through the skimmer 28 to the second vacuum. The supersonic molecular flow J of the plasma extracted into the chamber 23 is the supersonic molecular flow E of the plasma that has passed through the collimator 30 and flowed into the third vacuum chamber 24 among the supersonic molecular flow E of this plasma. Molecular flow,
The substrate 1 to be etched is placed on the electrode 2 in the third vacuum chamber 24 so as to face the supersonic molecular flow J of the plasma.

なお、上記ノズル26,上記スキマー28およびコリメー
ター30は一直線上に配置され、上記第1の真空室22内の
超音速自由噴流D、上記第2の真空室23内の超音速分子
流E、および上記第3の真空室24内の超音速分子流Jの
中心軸と同一軸上にある。
The nozzle 26, the skimmer 28, and the collimator 30 are arranged in a straight line, and the supersonic free jet D in the first vacuum chamber 22, the supersonic molecular flow E in the second vacuum chamber 23, And on the same axis as the central axis of the supersonic molecular flow J in the third vacuum chamber 24.

また、被エッチング基板1上の被エッチング材,下地
物質,フォトレジストとしては、例えば従来例と同じく
多結晶シリコン,酸化シリコン,PMMAがそれぞれ用いら
れ、第1のガスボンベ7内に充填されるエッチングガス
Aとしても、例えば従来例と同じく塩素が用いられる。
また、RF電力印加手段6の周波数も、例えば従来例と同
じく13.56MHzである。
Further, as a material to be etched, a base material, and a photoresist on the substrate 1 to be etched, for example, polycrystalline silicon, silicon oxide, and PMMA are used as in the conventional example, and an etching gas filled in the first gas cylinder 7 is used. As A, for example, chlorine is used as in the conventional example.
The frequency of the RF power applying means 6 is 13.56 MHz, for example, as in the conventional example.

さらに、第2のガスボンベ15内に充填される軽元素ガ
スBとしては例えばヘリウムHeが用いられる。
Further, as the light element gas B filled in the second gas cylinder 15, for example, helium He is used.

次に、上記実施例に係るドライエッチング装置の動作
について説明する。
Next, the operation of the dry etching apparatus according to the above embodiment will be described.

まず、第1〜第3の真空排気手段31〜33により、それ
ぞれ第1〜第3の真空室22〜24の排気を行い、放電室21
と第1〜第3の真空室22〜24を所定の真空度にする。次
いで第1〜第3の真空排気手段31〜33による排気を行い
つつ、放電室21内に第1のガスボンベ7から第1のガス
流量制御手段8を通してエッチングガスAを導入し、さ
らに第2のガスボンベ15から第2のガス流量制御手段16
を通して、軽元素ガスBを導入する。そして、圧力計9
により放電室21内のガス圧力を監視しつつ、第1のガス
流量制御手段8によりエッチングガス流量を、さらに第
2のガス流量制御手段16により軽元素ガス流量を調節し
て放電室21内のガス圧力を設定する。
First, the first to third vacuum chambers 22 to 24 are evacuated by the first to third vacuum exhaust means 31 to 33, respectively, and the discharge chamber 21 is evacuated.
And the first to third vacuum chambers 22 to 24 are set to a predetermined degree of vacuum. Next, the etching gas A is introduced from the first gas cylinder 7 into the discharge chamber 21 through the first gas flow rate control means 8 while the first to third vacuum exhaust means 31 to 33 are evacuated. From the gas cylinder 15 to the second gas flow control means 16
Through which the light element gas B is introduced. And pressure gauge 9
The gas pressure in the discharge chamber 21 is monitored by monitoring the gas pressure in the discharge chamber 21 by the first gas flow rate control means 8 and the light element gas flow rate by the second gas flow rate control means 16. Set gas pressure.

続いて、RF電力印加手段6により高周波誘導コイル14
にRF電力を印加すると、放電室21内のエッチングガスと
軽元素ガスの混合ガスは、RF誘導グロー放電あるいはア
ーク放電により電離し、反応性弱電離プラズマ10が発生
する。ここで、上記放電室21内の圧力は102〜103Torr程
度、温度は103〜104度程度で、これが圧力計9により示
される。
Subsequently, the high frequency induction coil 14 is
When RF power is applied to the mixture, the mixed gas of the etching gas and the light element gas in the discharge chamber 21 is ionized by RF-induced glow discharge or arc discharge, and the reactive weakly ionized plasma 10 is generated. Here, the pressure in the discharge chamber 21 is about 10 2 to 10 3 Torr, and the temperature is about 10 3 to 10 4 degrees, which is indicated by the pressure gauge 9.

放電室21において生成されたエッチングガスAと軽元
素ガスBの混合気体のプラズマは、ノズル26を通過して
第1の真空室22内に超音速膨張し、超音速自由噴流Dを
形成する。該ノズル26の開口径は例えば1mm程度で、ま
た第1の真空室22内の真空度は10-3〜10-2Torr程度に保
持されており、これは第1の真空計11により表示され
る。
The plasma of the mixed gas of the etching gas A and the light element gas B generated in the discharge chamber 21 passes through the nozzle 26 and expands supersonically into the first vacuum chamber 22 to form a supersonic free jet D. The opening diameter of the nozzle 26 is, for example, about 1 mm, and the degree of vacuum in the first vacuum chamber 22 is maintained at about 10 -3 to 10 -2 Torr, which is indicated by the first vacuum gauge 11. You.

第21図に、超音速自由噴流Dの詳細を示す。超音速自
由噴流は、静寂領域(Zone of Silence)と呼ばれる超
音速自由膨張流の領域と、この静寂領域を取り囲む樽型
衝撃波(Barrel Shock)及びマッハ円盤(Mach Disk)
と呼ばれる衝撃波とによって特徴づけられる。なお、樽
型衝撃波の周囲にはジェット境界(Jet Boundary)が、
またマッハ円盤の下流には反射衝撃波(Reflected Shoc
k)が存在する。静寂領域内の超音速自由膨張流におい
ては、流れの方向に沿って下流に移るに従い、気体の超
音速自由膨張、言いかえれば気体の断熱膨張によりプラ
ズマの密度と温度、すなわちプラズマを構成する中性原
子分子,イオン,および電子の密度と温度が減少する。
従って、プラズマの粒子間衝突頻度は減少し電離度は凍
結するが、流速は増大する。そして、ノズル26から該ノ
ズル26の開口径の10倍程度以上下流において、プラズマ
の気体温度、すなわち中性原子分子やイオンなど重粒子
の温度は絶対温度で数度以下の極低温となり、重粒子間
の衝突頻度はほぼ無限小となる。但し、プラズマの電子
温度は重粒子の温度ほどには低下せず、103度程度に止
まる。
FIG. 21 shows details of the supersonic free jet D. The supersonic free jet is a zone of supersonic free expansion flow called a zone of silence, a barrel-shaped shock wave (Barrel Shock) and a Mach disk (Mach Disk) surrounding the zone of silence.
It is characterized by a shock wave called. A jet boundary (Jet Boundary) surrounds the barrel-shaped shock wave.
The reflected shock wave (Reflected Shoc) is located downstream of the Mach disk.
k) exists. In a supersonic free-expansion flow in a quiet region, the density and temperature of the plasma, i.e., the density of the plasma due to the supersonic free expansion of the gas, in other words, the adiabatic expansion of the gas, as it moves downstream along the flow direction. The density and temperature of neutral molecules, ions, and electrons decrease.
Therefore, the frequency of collision between plasma particles decreases and the degree of ionization freezes, but the flow velocity increases. Further, the gas temperature of the plasma, that is, the temperature of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is extremely low at several degrees or less in absolute temperature, and the temperature of heavy particles is about 10 times or more downstream of the opening diameter of the nozzle 26 from the nozzle 26. The collision frequency between them is almost infinitesimal. However, the electron temperature of the plasma as the temperature of the heavy particles without lowering is stopped about 10 3 times.

第22図に、超音速自由噴流Dの静寂領域における流れ
の特性の詳細を単原子分子気体について示す。気体の温
度がT0に保たれている放電室21からノズル26を通過して
第1の真空室22内に超音速自由膨張する流れにおいて
は、その中心軸に沿って下流に移るに従い、気体温度T
は低下する一方、流れの速度uは増大する。この場合、
流れのエンタルピー保存を考慮すると、速度uに関する
運動エネルギー1/2Mu2の値の上限は1/2・5kT0となり、
従って速度uの値の上限は(5kT0/M)1/2となる。ここ
でMは原子の質量、kはボルツマン定数である。軽元素
気体ヘリウムHeと例えばアルゴンArとを比較すると、温
度T0が同一の場合、Heの上限速度(5kT0/MHe1/2はAr
の上限速度(5kT0/MAr1/2に比較して3倍余り速い。
また、反応性気体とHeあるいはArとの混合気体を考える
と、反応性気体とHeあるいはArガスの混合比を5%程度
以下にすると、超音自由噴流Dの静寂領域において、反
応性気体の原子分子に関する流れの速度はHeあるいはAr
に関する流れの速度にほぼ等しくなる。
FIG. 22 shows details of the flow characteristics in the quiet region of the supersonic free jet D for a monoatomic molecular gas. In the flow of supersonic free expansion from the discharge chamber 21 in which the temperature of the gas is maintained at T 0 through the nozzle 26 into the first vacuum chamber 22, as the gas moves downstream along its central axis, the gas Temperature T
Decreases while the velocity u of the flow increases. in this case,
Considering the conservation of enthalpy of the flow, the upper limit of the value of the kinetic energy 1 / 2Mu 2 for the velocity u is 1/21 / 25kT 0 ,
Therefore, the upper limit of the value of the speed u is (5 kT 0 / M) 1/2 . Here, M is the mass of the atom, and k is the Boltzmann constant. When the light element gas helium He is compared with, for example, argon Ar, when the temperature T 0 is the same, the upper limit speed of He (5 kT 0 / M He ) 1/2 is Ar
3 times faster than the upper limit speed (5kT 0 / M Ar ) 1/2 .
Considering a mixed gas of a reactive gas and He or Ar, if the mixing ratio of the reactive gas and the He or Ar gas is set to about 5% or less, the reactive gas in the quiet region of the supersonic free jet D is formed. The flow velocity for atomic molecules is He or Ar
About the speed of flow.

従って、反応性気体を軽元素気体のHeと混合して超音
速自由膨張させた方が、Arと混合する場合と比較して、
反応性気体原子分子に関する流れの速度について3倍余
り速い値を得ることができる。
Therefore, when the reactive gas is mixed with the light element gas He and subjected to supersonic free expansion, compared with the case where the reactive gas is mixed with Ar,
A value about three times faster for the flow velocity for the reactive gas atom molecules can be obtained.

このようなプラズマの超音速自由噴流Dにおいて、流
れの中心軸に沿って超音速自由膨張が十分に発達してプ
ラズマの気体温度が十分に低下し、中性原子分子やイオ
ンなど重粒子の熱運動速度が極めて小さく重粒子間の相
互作用が無視できる位置に、スキマー28を配置する。具
体的には第1の隔壁27にスキマー28を設置し、該スキマ
ー28の開口部は、超音速自由噴流Dの上流に攪乱を与え
ない形状を有し、その開口径がノズル26の開口径の2〜
3倍程度以下のものとする。このようなスキマー28によ
り第1の真空室22内に形成されたプラズマの超音速自由
噴流Dの静寂領域における中心軸付近の部分が、第2の
真空室23内に超音速分子流Eとして抽出される。この第
2の真空室23内の真空度は10-6〜10-5Torr程度に保持さ
れており、これが第2の真空計12により表示される。
In such a supersonic free jet D of plasma, the supersonic free expansion is sufficiently developed along the central axis of the flow, the gas temperature of the plasma is sufficiently reduced, and the heat of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is generated. The skimmer 28 is arranged at a position where the movement speed is extremely small and the interaction between the heavy particles can be ignored. Specifically, a skimmer 28 is installed on the first partition wall 27, and the opening of the skimmer 28 has a shape that does not disturb the upstream of the supersonic free jet D, and the opening diameter is the opening diameter of the nozzle 26. Of 2
Approximately three times or less. A portion of the supersonic free jet D formed by the skimmer 28 in the quiet region of the supersonic free jet D near the central axis is extracted as a supersonic molecular flow E into the second vacuum chamber 23. Is done. The degree of vacuum in the second vacuum chamber 23 is maintained at about 10 −6 to 10 −5 Torr, and this is displayed by the second vacuum gauge 12.

ところで、プラズマの超音速自由噴流Dの状態、例え
ばその静寂領域の大きさや流れの中心軸に沿ってのプラ
ズマの気体密度,温度,流速などの物理的諸量の変化
は、ノズル26の形状と開口径、放電室21内の圧力及び第
1の真空室22内の真空度などの諸条件によって規定され
る。従って、第1の真空室22内に形成されるプラズマの
超音速自由噴流Dの静寂領域からスキマー28を通して第
2の真空室23内へプラズマの超音速分子流Eを抽出する
場合、該抽出を色々な諸条件の変化に対応して最適に保
つためには、ノズル26とスキマー28との間の距離を連続
的に可変とする機構を設けておくことが好ましい。
By the way, the state of the supersonic free jet D of the plasma, for example, changes in physical quantities such as the size of the quiet region and the plasma gas density, temperature, and flow velocity along the central axis of the flow depend on the shape of the nozzle 26 and It is defined by various conditions such as the opening diameter, the pressure in the discharge chamber 21 and the degree of vacuum in the first vacuum chamber 22. Therefore, when extracting the supersonic molecular flow E of plasma from the quiet region of the supersonic free jet D of plasma formed in the first vacuum chamber 22 into the second vacuum chamber 23 through the skimmer 28, the extraction is performed. In order to keep optimally in response to changes in various conditions, it is preferable to provide a mechanism for continuously varying the distance between the nozzle 26 and the skimmer 28.

第23図にこのようなノズル26−スキマー28間距離の連
続可変機構の一例を示す。図において、放電室21は例え
ばベローズ41によって第1の真空室22に接続され、この
ベローズ41の長さを伸縮させて放電室21を第23図に示す
矢印α及びβ方向に動かすことにより、ノズル26−スキ
マー28間距離を連続的に変えることができる。従って、
諸条件の変化に対応して状態の変化するプラズマの超音
速自由噴流Dから最適にプラズマの超音速分子流Eを抽
出することができる。
FIG. 23 shows an example of such a continuously variable mechanism of the distance between the nozzle 26 and the skimmer 28. In the figure, the discharge chamber 21 is connected to the first vacuum chamber 22 by, for example, a bellows 41, and the length of the bellows 41 is expanded and contracted to move the discharge chamber 21 in the directions of arrows α and β shown in FIG. The distance between the nozzle 26 and the skimmer 28 can be changed continuously. Therefore,
The supersonic molecular flow E of plasma can be optimally extracted from the supersonic free jet D of plasma whose state changes in response to changes in various conditions.

このようにして第2の真空室23内に抽出されたプラズ
マの超音速分子流Eにおいては、プラズマの気体温度が
絶対温度で数度以下と極めて低い、すなわち中性原子分
子やイオンなど重粒子の熱運動速度が極めて小さく重粒
子間の相互作用が無視できる。このような特性を有する
プラズマの超音速分子流Eは、第2の隔壁29に設置され
たコメーター30を通過して第3の真空室24内に流入す
る。ここで、コリメーター30の開口径はスキマー28の開
口径と同程度以下であり、第3の真空室24内の真空度は
10-8〜10-7Torr程度に保持されており、これが第3の真
空計13により示される。第3の真空室24内にコリメータ
ー30を通過して流入したプラズマの超音速分子流Jに対
向して、被エッチング基板1が電極2上に配置されてい
るので、プラズマの超音速分子流Jは被エッチング基板
1に対し垂直に吹きつけることとなる。
In the supersonic molecular flow E of the plasma extracted in the second vacuum chamber 23 in this manner, the gas temperature of the plasma is extremely low as a few degrees or less in absolute temperature, that is, heavy particles such as neutral atomic molecules and ions. Has a very small thermal velocity, and the interaction between heavy particles can be neglected. The supersonic molecular flow E of the plasma having such characteristics passes through the cometer 30 provided on the second partition wall 29 and flows into the third vacuum chamber 24. Here, the opening diameter of the collimator 30 is equal to or less than the opening diameter of the skimmer 28, and the degree of vacuum in the third vacuum chamber 24 is
The pressure is maintained at about 10 -8 to 10 -7 Torr, which is indicated by the third vacuum gauge 13. Since the substrate 1 to be etched is disposed on the electrode 2 so as to face the supersonic molecular flow J of the plasma flowing into the third vacuum chamber 24 through the collimator 30, the supersonic molecular flow of the plasma J is to be blown perpendicular to the substrate 1 to be etched.

このように被エッチング基板1には、気体温度が絶対
温度で数度以下と極めて低い、すなわち中性原子分子や
イオンなど重粒子の熱運動速度が極めて小さく、重粒子
間の相互作用が無視できる反応性弱電離プラズマの超音
速分子流Jが吹きつけられるので、反応性弱電離プラズ
マのイオンや中性原子分子ラジカルなどは低温低エネル
ギー反応性粒子ビームとして基板表面に垂直に入射す
る。従って、イオンや中性原子分子ラジカルの基板表面
に対して水平方向の速度成分は垂直方向の入射速度に比
べて極めて小さくなり、また入射エネルギーは物理的ス
パッタしきい値に比べて遙かに小さい。
As described above, the substrate 1 to be etched has an extremely low gas temperature of several degrees or less in absolute temperature, that is, the thermal motion velocity of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is extremely small, and the interaction between heavy particles can be ignored. Since the supersonic molecular flow J of the reactive weakly ionized plasma is blown, ions and neutral atomic molecular radicals of the reactive weakly ionized plasma are vertically incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy reactive particle beam. Therefore, the velocity components of ions and neutral radicals in the horizontal direction with respect to the substrate surface are extremely small compared to the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputter threshold. .

ここで、エッチングガスAとして、例えば従来例と同
じく塩素Cl2を、また軽元素ガスBとしてヘリウムHeを
用いた場合、中性原子ラジカルとしてはCl、原子イオン
としてはCl+とHe+、そして分子イオンとしてはCl2 +が生
じる。この例の場合、分子ラジカルは存在しない。ま
た、プラズマの超音速分子流の気体密度、すなわち中性
原子分子やイオンなど重粒子の密度は1012〜1015cm-3
プラズマ密度は109〜1012cm-3程度である。ここで、放
電室22の気体温度をT0=104K,塩素ガスとヘリウムガス
との混合比を5%程度以下にすると、超音速分子流の流
れ方向の速度の上限は(5kT0/MHe1/2≒1×106cm/sec
となり、He,Clについての運動エネルギーはそれぞれ2e
V,19eV程度に相当する。
Here, when, for example, chlorine Cl 2 is used as the etching gas A as in the conventional example, and helium He is used as the light element gas B, Cl is used as a neutral atomic radical, Cl + and He + are used as atomic ions, and Cl 2 + is generated as a molecular ion. In this case, there are no molecular radicals. In addition, the gas density of the supersonic molecular flow of plasma, that is, the density of heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is 10 12 to 10 15 cm -3 ,
The plasma density is on the order of 10 9 -10 12 cm -3 . Here, when the gas temperature of the discharge chamber 22 is T 0 = 10 4 K and the mixing ratio of chlorine gas and helium gas is about 5% or less, the upper limit of the velocity in the flow direction of the supersonic molecular flow is (5 kT 0 / M He ) 1/2 1/21 × 10 6 cm / sec
And the kinetic energies for He and Cl are each 2e
V, equivalent to about 19 eV.

第24図はこの実施例のプラズマの超音速分子流を用い
たドライエッチング装置において、プラズマの超音速分
子流に対向する電極上に配置された基板上物質がエッチ
ングされるメカニズムを説明するための概略図である。
この場合も、従来例と同じく基板近傍には空間電荷領域
(シース)が形成され、シース領域に入射した正イオン
は、10V程度のシース電位(プラズマ電位)によって基
板方向に加速され基板表面に垂直に入射する。
FIG. 24 is a view for explaining a mechanism in which a substance on a substrate disposed on an electrode facing the supersonic molecular flow of plasma is etched in a dry etching apparatus using a supersonic molecular flow of plasma of this embodiment. It is a schematic diagram.
Also in this case, a space charge region (sheath) is formed near the substrate similarly to the conventional example, and the positive ions incident on the sheath region are accelerated in the direction of the substrate by a sheath potential (plasma potential) of about 10 V and are perpendicular to the substrate surface. Incident on.

一方、中性ラジカルはシース電位に応答しないが、従
来例とは異なり超音速分子流の状態で基板表面に垂直に
入射する。従ってエッチングの選択性を決定する中性ラ
ジカルによる化学エッチングは非等方的となり、エッチ
ングの異方性が同時に得られる。
On the other hand, the neutral radical does not respond to the sheath potential, but, unlike the conventional example, is incident perpendicularly to the substrate surface in a supersonic molecular flow state. Therefore, chemical etching using neutral radicals which determines the selectivity of etching becomes anisotropic, and anisotropy of etching can be obtained at the same time.

また、イオンの基板表面への入射エネルギーはシース
電位によって加速されてもなお20eV程度の物理的スパッ
タしきい値より小さく、イオンによる基板表面の物理的
スパッタリングやイオンアシスト過程と呼ばれる中性ラ
ジカルとイオンとの競合過程によるエッチングは発生せ
ず、被エッチング薄膜表面層に対する損傷も生じない。
In addition, the incident energy of ions on the substrate surface is still smaller than the physical sputter threshold of about 20 eV even when accelerated by the sheath potential. No etching occurs due to a competition process with the thin film, and no damage occurs to the surface layer of the thin film to be etched.

結局、この実施例のドライエッチング装置において
は、速い速度で基板表面に入射する中性ラジカルによる
非等方的化学エッチングが基板上物質のエッチング過程
を支配し、超高異方性のみならず超高選択性及び極低損
傷性をも同時に満足するエッチングが行われることとな
る。
After all, in the dry etching apparatus of this embodiment, the anisotropic chemical etching due to the neutral radicals incident on the substrate surface at a high speed governs the etching process of the substance on the substrate. Etching that simultaneously satisfies both high selectivity and extremely low damageability is performed.

このように本実施例では、放電によって生成されたエ
ッチングガスAと軽元素ガスBとの混合気体のプラズマ
10をノズル26を通して第1の真空室22内に超音速膨張さ
せてプラズマの超音速自由噴流Dを形成し、さらにこの
超音速自由噴流Dからスキマー28を通して第2の真空室
23内にプラズマの超音速分子流Eを抽出し、この気体温
度が極めて低い、すわち中性原子分子やイオンなど重粒
子の熱運動速度が極めて小さく重粒子間の相互作用が無
視できるプラズマの超音速分子流をコリメーター30を通
して第3の真空室24内の被エッチング基板1に吹きつけ
るように構成したので、プラズマのイオンや中性原子分
子は低温低エネルギー粒子ビームとして基板表面に垂直
に入射することとなる。この場合、イオンや中性ラジカ
ルの基板表面に対して水平方向の速度成分は垂直方向の
入射速度に比べて極めて小さく、また入射エネルギーは
物理的スパッタしきい値に比べて遙かに小さくなる。ま
た、反応性気体の軽元素気体に対する混合比を小さくす
ると、反応性気体に関するイオンや中性ラジカルの基板
表面に対して垂直方向の入射速度は、軽元素気体に関す
る原子分子の入射速度とほぼ等しい値にまで速くなる。
この結果、速い中性ラジカルによる、より非等方的な化
学エッチングが基板上物質のエッチング過程を支配し、
超高異方性のみならず超高選択性と、極低損傷性をも同
時に満足する高速エッチングを実現できる放電プラズマ
を用いたドライエッチング装置が得られる効果がある。
As described above, in the present embodiment, the plasma of the mixed gas of the etching gas A and the light element gas B generated by the discharge is used.
The supersonic free expansion jet 10 of the plasma is formed by supersonic expansion of the nozzle 10 into the first vacuum chamber 22 through the nozzle 26, and the supersonic free jet D is further passed through the skimmer 28 to the second vacuum chamber.
The supersonic molecular flow E of the plasma is extracted into 23, and the gas temperature is extremely low, that is, the thermal motion velocity of the heavy particles such as neutral atomic molecules and ions is extremely small, and the interaction between the heavy particles can be ignored. Since the supersonic molecular flow is blown to the substrate 1 to be etched in the third vacuum chamber 24 through the collimator 30, the plasma ions and neutral atomic molecules are perpendicular to the substrate surface as a low-temperature low-energy particle beam. Will be incident. In this case, the velocity component of ions and neutral radicals in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. Also, when the mixing ratio of the reactive gas to the light element gas is reduced, the incident velocity of ions and neutral radicals on the reactive gas in the direction perpendicular to the substrate surface is almost equal to the incident velocity of atomic molecules on the light element gas. Up to the value.
As a result, more anisotropic chemical etching due to fast neutral radicals governs the etching process of the substance on the substrate,
There is an effect that a dry etching apparatus using discharge plasma capable of realizing high-speed etching satisfying not only ultra-high anisotropy but also ultra-high selectivity and ultra-low damage can be obtained.

また、本実施例では第23図に示すようにノズル26−ス
キマー28間距離の連続可変機構を設けているので、諸条
件の変化に対応して状態の変化するプラズマの超音速自
由噴流Dから最適にプラズマの超音速分子流Eを抽出す
ることができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 23, a continuous variable mechanism of the distance between the nozzle 26 and the skimmer 28 is provided, so that the supersonic free jet D of the plasma whose state changes in response to changes in various conditions is provided. The supersonic molecular flow E of the plasma can be optimally extracted.

なお、上記実施例ではイオンや中性ラジカルの入射エ
ネルギーを物理的スパッタしきい値より小さく設定した
場合について説明したが、イオンの入射エネルギーを物
理的スパッタしきい値より大きく設定して、イオンによ
る物理的スパッタリングを補助的に行うようにしてもよ
い。
In the above embodiment, the case where the incident energy of ions and neutral radicals is set to be smaller than the physical sputter threshold is described. Physical sputtering may be performed in an auxiliary manner.

例えば、被エッチング物質の種類によっては、イオン
の基板表面への入射エネルギーを物理的スパッタしきい
値より高くして、中性ラジカルによる非等方的化学エッ
チングのみならず、イオンによる物理的スパッタリング
や中性ラジカルとイオンとの競合過程であるイオンアシ
スト過程によるエッチングを付加する必要が生じる。従
って、色々な被エッチング物質に対応して最適なエッチ
ングを行うには、イオンの基板表面への入射エネルギー
を高くできる手段を独立に設けておくことが好ましい。
For example, depending on the type of the substance to be etched, the incident energy of ions on the substrate surface is set higher than the physical sputtering threshold, so that not only anisotropic chemical etching by neutral radicals but also physical sputtering by ions It is necessary to add etching by an ion assist process, which is a competition process between neutral radicals and ions. Therefore, in order to perform optimum etching in accordance with various substances to be etched, it is preferable to independently provide a means capable of increasing the incident energy of ions on the substrate surface.

第25図に、このようなイオン入射エネルギーを増大す
る手段を設けた場合について示す。ここでは、被エッチ
ング基板1が載置された電極2にRF電力を印加するRF電
力印加手段43を設け、電極2に自己バイアス電位を発生
させることによって、基板近傍に形成されるシースのシ
ース電位(プラズマ電位+電極の自己バイアス電位)を
高めている。すなわちRF電力を増大させると、基板近傍
に形成されるシースのシース電位は高くなり、シース領
域に入射したイオンのシース電位による加速が増大し、
基板表面へのイオンの入射エネルギーを高くすることが
できる。これにより、中性ラジカルによる非等方的化学
エッチングのみならず、イオンによる物理的スパッタリ
ングや中性ラジカルとイオンの競合過程であるイオンア
シスト過程によるエッチングも進行する。
FIG. 25 shows a case where such means for increasing the ion incident energy is provided. Here, an RF power applying means 43 for applying an RF power to the electrode 2 on which the substrate 1 to be etched is mounted is provided, and a self-bias potential is generated at the electrode 2 so that a sheath potential of a sheath formed near the substrate is generated. (Plasma potential + electrode self-bias potential). That is, when the RF power is increased, the sheath potential of the sheath formed near the substrate increases, and the acceleration due to the sheath potential of ions incident on the sheath region increases,
The incident energy of ions on the substrate surface can be increased. As a result, not only anisotropic chemical etching by neutral radicals but also physical sputtering by ions and etching by an ion assist process, which is a competitive process between neutral radicals and ions, proceed.

次に本発明の第7の実施例について説明する。 Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.

第26図は本発明の第7の実施例によるドライエッチン
グ装置の構成を示す要部断面図である。図において、第
20図と同一符号は同一または相当部分を示し、34は上記
第2の真空室23内に設置され、第2の真空室23内のプラ
ズマの超音速分子流Eから荷電粒子、つまりイオンや電
子を除去して中性原子分子気体の超音速分子流Fを形成
するための一対の荷電粒子除去用電極、35はこの一対の
電極34の間に電圧を印加する直流電圧印加手段で、上記
電極34及び直流電圧印加手段35から荷電粒子除去手段が
構成されている。またGはこの中性原子分子気体の超音
速分子流Fのうち、上記コリメーター30を通過して上記
第3の真空室24内に流入した中性原子分子気体の超音速
分子流であり、上記被エッチング基板1はこの超音速分
子流Gに対向するよう上記第3の真空室24内の電極2上
に配置されている。
FIG. 26 is a sectional view showing a main part of a dry etching apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. In the figure,
The same reference numerals as those in FIG. 20 denote the same or corresponding parts, and reference numeral 34 denotes a charged particle, that is, an ion or an electron, from the supersonic molecular flow E of plasma in the second vacuum chamber 23. Is a pair of charged particle removing electrodes for forming a supersonic molecular flow F of neutral atomic molecular gas, 35 is a DC voltage applying means for applying a voltage between the pair of electrodes 34, The charged particle removing means is constituted by the DC voltage applying means and the DC voltage applying means. G is a supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas which has flowed into the third vacuum chamber 24 after passing through the collimator 30 in the supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas, The substrate 1 to be etched is disposed on the electrode 2 in the third vacuum chamber 24 so as to face the supersonic molecular flow G.

次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.

上記放電室21内でエッチングガスAと軽元素ガスBの
混合気体を電離し、該電離気体をノズル26を通して第1
の真空室22内にて超音速膨張させ、超音速自由噴流Dを
形成し、さらにスキマー28により、該超音速自由噴流D
からプラズマの超音速分子流Eを上記第2の真空室23内
に抽出するところまでは上記第6の実施例と同様である
のでその説明は省略する。
The mixed gas of the etching gas A and the light element gas B is ionized in the discharge chamber 21 and the ionized gas is
The supersonic free jet D is formed by the supersonic free jet D in the vacuum chamber 22 of FIG.
Since the process up to the point where the supersonic molecular flow E of the plasma is extracted into the second vacuum chamber 23 is the same as in the sixth embodiment, its description is omitted.

上記第2の真空室23内には、プラズマの超音速分子流
Eを挟むように一対の荷電粒子除去用電極34が配設され
ており、この一対の電極34の間には直流電圧印加手段35
により電圧が印加されて、上記超音速分子流Eの流れの
方向と直角方向に電界が生じている。従って、この一対
の電極34の間に流入したプラズマの超音速分子流Eのイ
オンと電子は、超音速分子流Eの流れの方向と直角方向
の電界によってお互いに逆方向に分離,移動し、一対の
電極34に捕捉される。その結果、荷電粒子除去用電極34
を通過したプラズマの超音速分子流Eからはイオンと電
子が取り除かれ、中性原子分子気体の超音速分子流Fが
取り出される。
In the second vacuum chamber 23, a pair of charged particle removing electrodes 34 is disposed so as to sandwich the supersonic molecular flow E of plasma, and a DC voltage applying means is provided between the pair of electrodes 34. 35
, And an electric field is generated in a direction perpendicular to the flow direction of the supersonic molecular flow E. Accordingly, the ions and electrons of the supersonic molecular flow E of the plasma flowing between the pair of electrodes 34 are separated and moved in directions opposite to each other by an electric field perpendicular to the direction of the flow of the supersonic molecular flow E. It is captured by the pair of electrodes 34. As a result, the charged particle removing electrode 34
The ions and electrons are removed from the supersonic molecular flow E of the plasma that has passed, and a supersonic molecular flow F of a neutral atomic molecular gas is extracted.

このようにして生成された中性原子分子気体の超音速
分子流Fにおいては、プラズマの超音速分子流Eと同
様、気体温度が絶対温度で数度以下と極めて低く、すな
わち中性原子分子の熱運動速度が極めて小さく、粒子間
の相互作用が無視できる。このような特性を有する中性
原子分子気体の超音速分子流Fは、第2の隔壁29に配置
されたコリメーター30を通過して第3の真空室24内に流
入する。なおここで該コリメーター30の開口径は上記第
6の実施例と同様、スキマー28の開口径と同程度以下で
あり、また第3の真空室24内の真空度は10-8〜10-7Torr
程度に保持され、これが第3の真空計13により表示され
ている。
In the supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas generated in this way, the gas temperature is extremely low at several degrees or less in absolute temperature as in the case of the supersonic molecular flow E of the plasma. The thermal velocity is extremely low and the interaction between particles is negligible. The supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas having such characteristics passes through the collimator 30 arranged on the second partition wall 29 and flows into the third vacuum chamber 24. Note here similar to the embodiment of the opening diameter of the collimator 30 the sixth, or less opening diameter about the same skimmer 28 and the vacuum degree of the third vacuum chamber 24 is 10-8 - 7 Torr
Degree, which is indicated by the third vacuum gauge 13.

そして上記第3の真空室24内では、コリメーター30を
通過して流入した中性原子分子気体の超音速分子流G
が、電極2上に載置された被エッチング基板1に垂直に
吹きつけられることとなる。
Then, in the third vacuum chamber 24, the supersonic molecular flow G of the neutral atomic molecular gas flowing through the collimator 30 flows.
Is vertically sprayed on the substrate 1 to be etched placed on the electrode 2.

このように被エッチング基板1には、気体温度が絶対
温度で数度以下と極めて低い、すなわち中性原子分子の
熱運動速度が極めて小さく粒子間の相互作用が無視でき
る反応性中性原子分子気体の超音速分子流Gが吹きつけ
られるので、反応性中性原子分子気体の中性原子分子ラ
ジカルは低温低エネルギーの反応性粒子ビームとして基
板表面に垂直に入射する。従って、中性原子分子ラジカ
ルの基板表面に対して水平方向の速度成分は垂直方向の
入射速度に比べて極めて小さく、また入射エネルギーは
物理的スパッタしきい値に比べて遙かに小さい。
As described above, the substrate 1 to be etched has a gas temperature extremely low as several degrees or less in absolute temperature, that is, a reactive neutral atom gas in which the thermal motion velocity of neutral atom molecules is extremely small and the interaction between particles can be ignored. Is sprayed, the neutral atomic radicals of the reactive neutral atomic gas are perpendicularly incident on the substrate surface as a low-temperature low-energy reactive particle beam. Therefore, the velocity component of the neutral atomic molecular radical in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely smaller than the incident speed in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold.

第27図は、この第7の実施例のドライエッチング装置
において、中性原子分子気体の超音速分子流に対向して
配置された基板上物質がエッチングされるメカニズムを
説明するための概略図である。この実施例装置において
は、プラズマではなく中性原子分子気体を用いてエッチ
ングを行うので、基板近傍に空間電荷領域(シース)は
形成されず、またイオンのエッチングへの寄与も存在し
ない。一方、中性原子分子ラジカルは超音速分子流の状
態で基板表面に垂直に入射するので、中性ラジカルによ
る基板上物質の化学エッチングは非等方的となり、エッ
チングの選択性のみならず異方性をも同時に与える。
FIG. 27 is a schematic diagram for explaining a mechanism in which a substance on a substrate disposed opposite to a supersonic molecular flow of a neutral atomic molecular gas is etched in the dry etching apparatus of the seventh embodiment. is there. In the apparatus of this embodiment, since etching is performed using a neutral atomic molecule gas instead of plasma, a space charge region (sheath) is not formed near the substrate, and there is no contribution to ion etching. On the other hand, the neutral atomic molecular radicals are perpendicularly incident on the substrate surface in the state of supersonic molecular flow, so the chemical etching of the substance on the substrate by the neutral radicals becomes anisotropic. Gives sex at the same time.

従ってこの実施例のドライエッチング装置において
は、速い速度で基板表面に入射する中性ラジカルによる
非等方的化学エッチングのみにより基板上物質のエッチ
ングは進行し、超高異方性のみならず超高選択性と極低
損傷性をも同時に満足するエッチングが行われる。
Therefore, in the dry etching apparatus of this embodiment, the etching of the substance on the substrate proceeds only by the anisotropic chemical etching caused by the neutral radicals incident on the substrate surface at a high speed. Etching that simultaneously satisfies both selectivity and extremely low damageability is performed.

なお、ここではプラズマの超音速分子流Eからイオン
や電子を取り除いて生成された中性原子分子気体の超音
速分子流Fは、原子ラジカルとしてClを含み、気体密度
は1012〜1015cm-3程度となっている。また、放電室21の
気体温度をT0=104K,塩素ガスとヘリウムガスとの混合
比を5%程度以下にすると、上記第6の実施例において
述べたように、超音速分子流の流れ方向の速度の上限は
(5kT0/MHe1/2≒1×106cm/secとなり、He,Clについ
ての運動エネルギーはそれぞれ2eV,19eV程度に相当す
る。
Here, the supersonic molecular flow F of neutral atomic molecular gas generated by removing ions and electrons from the supersonic molecular flow E of plasma contains Cl as atomic radicals and has a gas density of 10 12 to 10 15 cm. It is about -3 . When the gas temperature of the discharge chamber 21 is T 0 = 10 4 K and the mixing ratio of chlorine gas and helium gas is about 5% or less, as described in the sixth embodiment, the supersonic molecular flow is reduced. The upper limit of the velocity in the flow direction is (5 kT 0 / M He ) 1/2 ≒ 1 × 10 6 cm / sec, and the kinetic energies for He and Cl correspond to about 2 eV and 19 eV, respectively.

このように本実施例によれば、放電によって生成され
たエッチングガスAと軽元素ガスBとの混合気体のプラ
ズマ10をノズル26を通して第1の真空室22内に超音速膨
張させてプラズマの超音速自由噴流Dを形成し、次にこ
の超音速自由噴流Dからスキマー28を通して第2の真空
室23内に気体温度が極めて低く重粒子間の相互作用が無
視できるプラズマの超音速分子流Eを抽出し、さらにこ
のプラズマの超音速分子流Eから荷電粒子除去手段によ
ってイオンと電子を取り除いて、気体温度が極めて低
い、すなわち中性原子分子の熱運動速度が極めて小さく
粒子間の相互作用が無視できる中性原子分子気体の超音
速分子流Fをコリメーター30を通して被エッチング基板
1に吹きつけるように構成したので、中性原子分子が低
温低エネルギー粒子ビームとして基板表面に垂直に入射
することになる。
As described above, according to the present embodiment, the plasma 10 of the mixed gas of the etching gas A and the light element gas B generated by the discharge is supersonic expanded into the first vacuum chamber 22 through the nozzle 26, and the plasma A supersonic free jet D is formed, and then a supersonic molecular flow E of plasma having a very low gas temperature and negligible interaction between heavy particles is introduced into the second vacuum chamber 23 through the skimmer 28 from the supersonic free jet D. Extraction and further removal of ions and electrons from the supersonic molecular stream E of the plasma by means of charged particle removal means that the gas temperature is extremely low, that is, the thermal motion velocity of neutral atomic molecules is extremely small and the interaction between particles is ignored. Since the supersonic molecular flow F of the generated neutral atomic molecule gas is blown onto the substrate 1 to be etched through the collimator 30, the neutral atomic molecules emit a low-temperature low-energy particle beam. It will be perpendicularly incident on the substrate surface.

この場合、中性原子分子ラジカルの基板表面に対して
水平方向の速度成分は垂直方向の入射速度に比べて極め
て小さく、また入射エネルギーは物理的スパッタしきい
値に比べて遙かに小さい。また、反応性気体の軽元素気
体に対する混合比を小さくすると、反応性気体に関する
中性ラジカルの基板表面に対して垂直方向の入射速度
は、軽元素気体に関する原子分子の入射速度とほぼ等し
い値にまで速くなる。従って速い中性原子分子ラジカル
による、より非等方的な化学エッチングのみにより基板
上物質のエッチングが進行し、これにより超高異方性の
みならず超高選択性および極低損傷性をも同時に満足す
る高速エッチングを実現できる効果がある。
In this case, the velocity component of the neutral atomic molecular radical in the horizontal direction with respect to the substrate surface is extremely small as compared with the incident velocity in the vertical direction, and the incident energy is much smaller than the physical sputtering threshold. In addition, when the mixing ratio of the reactive gas to the light element gas is reduced, the incident velocity of neutral radicals on the reactive gas in the direction perpendicular to the substrate surface becomes substantially equal to the incident velocity of atomic molecules on the light element gas. Faster. Therefore, the etching of the substance on the substrate proceeds only by the more anisotropic chemical etching due to the fast neutral atomic molecular radical, and thereby, not only ultra-high anisotropy but also ultra-high selectivity and ultra-low damage property are simultaneously obtained. There is an effect that satisfactory high-speed etching can be realized.

また、エッチングが中性原子分子ラジカルにより行わ
れるため、荷電粒子による被エッチング基板の帯電(チ
ャージアップ)による静電的な破壊を防止することがで
きる効果もある。
In addition, since the etching is performed by neutral atomic molecular radicals, there is also an effect that electrostatic destruction due to charging (charge-up) of the substrate to be etched by charged particles can be prevented.

なお、この第7の実施例ではプラズマの超音速分子流
Eのイオンと電子を、第2の真空室23内に設置した荷電
粒子除去用電極34によって取り除いて中性原子分子気体
の超音速分子流Fを取り出す場合について説明したが、
荷電粒子除去用電極34は第3の真空室24内に設置しても
よい。その場合プラズマの超音速分子流Eはコリメータ
30を通過して第3の真空室24内に流入し、第3の真空室
24内でプラズマの超音速分子流からイオンと電子を取り
除いて中性原子分子気体の超音速分子流を取り出すこと
になる。
In the seventh embodiment, ions and electrons of the supersonic molecular stream E of plasma are removed by the charged particle removing electrode 34 installed in the second vacuum chamber 23, and the supersonic molecular stream of neutral atomic molecular gas is removed. Although the case where the flow F is taken out has been described,
The charged particle removing electrode 34 may be provided in the third vacuum chamber 24. In that case, the supersonic molecular flow E of the plasma is a collimator
After passing through 30 and flowing into the third vacuum chamber 24, the third vacuum chamber
In 24, ions and electrons are removed from the supersonic molecular flow of the plasma, and a supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas is extracted.

また、上記第7の実施例では荷電粒子除去手段に電界
のみを用いる場合について説明したが、電界と磁界の両
方を用いてもよい。
In the seventh embodiment, the case where only the electric field is used for the charged particle removing means has been described. However, both the electric field and the magnetic field may be used.

第28図は電界と磁界とを用いた構成を説明するための
断面構成図であり、この構成では中心に開口を有する一
対の電極34aがプラズマの超音速分子流Eに対向して設
置され、この一対の電極34aの間には直流電圧印加手段3
5により電圧が印加されて、超音速分子流Eの流れの方
向と平行に電界が生じている。
FIG. 28 is a cross-sectional configuration diagram for explaining a configuration using an electric field and a magnetic field. In this configuration, a pair of electrodes 34a having an opening at the center are installed so as to face the supersonic molecular flow E of plasma, DC voltage applying means 3 is provided between the pair of electrodes 34a.
A voltage is applied by 5 to generate an electric field parallel to the flow direction of the supersonic molecular flow E.

この場合、この一対の電極34aの間に流入したプラズ
マの超音速分子流Eのイオンと電子は、超音速分子流の
流れの方向に平行な電界によって互いに逆方向に分離,
移動し、さらに一対の電極34aに続いて設置された永久
磁石あるいは電磁コイルを用いた磁界印加手段43aによ
って向きを変えられて超音速分子流から取り除かれ、中
性原子分子気体の超音速分子流Fが取り出される。ここ
で、直流電圧印加手段35の極性は負、磁界印加手段43a
による磁界の方向は超音速分子流の流れの方向に直角な
γ方向、またIは磁界γにより向きを変えられたイオン
流である。
In this case, the ions and electrons of the supersonic molecular flow E of the plasma flowing between the pair of electrodes 34a are separated in opposite directions by an electric field parallel to the flow direction of the supersonic molecular flow.
The supersonic molecular flow is moved and further removed from the supersonic molecular flow by the magnetic field applying means 43a using a permanent magnet or an electromagnetic coil installed following the pair of electrodes 34a, and the supersonic molecular flow F is taken out. Here, the polarity of the DC voltage applying means 35 is negative, and the magnetic field applying means 43a is
The direction of the magnetic field due to is the γ direction perpendicular to the direction of the flow of the supersonic molecular flow, and I is the ion flow turned by the magnetic field γ.

さらに本発明の第8の実施例について説明する。第29
図は、本発明の第8の実施例によるドライエッチング装
置における放電室21の付近を示す部分断面図である。図
において、第20図,第26図と同一符号は同一または相当
部分を示す。放電室21は2室に分けられ、ヘリウムある
いは水素等の軽元素ガスBを導入して該軽元素ガスを電
離する第1室と、該電離気体が流入し、さらにエッチン
グガスAを導入して両気体を混合させる第2室51が設け
られ、これら第1,第2室は開孔56を通して結ばれてい
る。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. No. 29
FIG. 13 is a partial sectional view showing the vicinity of a discharge chamber 21 in a dry etching apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. In the figures, the same reference numerals as those in FIGS. 20 and 26 indicate the same or corresponding parts. The discharge chamber 21 is divided into two chambers, a first chamber for introducing a light element gas B such as helium or hydrogen and ionizing the light element gas, and a first chamber for introducing the ionized gas and further introducing an etching gas A. A second chamber 51 for mixing both gases is provided, and these first and second chambers are connected through an opening 56.

次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.

放電室21の第1室にヘリウムあるいは水素等の軽元素
ガスBを導入して、該軽元素ガスを電離する。該軽元素
の電離気体は開孔56を通過して第2室51に流入し、ここ
でエッチングガスAと混合される。その結果、エッチン
グガス原子分子の電離や解離は、直接の放電ではなく、
直接の放電によって生成された軽元素気体プラズマとの
相互作用、すなわち放電による電離や解離によって生
成,励起された軽元素気体原子分子やプラズマの電子と
エッチングガス原子分子との衝突によって進行する。従
って、反応性気体原子分子が解離して中性ラジカルが生
成される量は、直接の放電による場合よりも多く、また
反応性気体の直接の放電による放電室の腐食,損傷の程
度も小さくなる。
Light element gas B such as helium or hydrogen is introduced into the first chamber of the discharge chamber 21 to ionize the light element gas. The ionized gas of the light element passes through the opening 56 and flows into the second chamber 51, where it is mixed with the etching gas A. As a result, ionization and dissociation of the etching gas atoms and molecules are not direct discharges,
Interaction with the light element gas plasma generated by the direct discharge, that is, the collision occurs between the light element gas atom molecules or plasma electrons generated and excited by the ionization or dissociation by the discharge and the plasma gas electrons and the etching gas atom molecules. Accordingly, the amount of neutral radicals generated by the dissociation of the reactive gas atom molecules is larger than in the case of direct discharge, and the degree of corrosion and damage of the discharge chamber due to the direct discharge of reactive gas is also reduced. .

このようにして生成されたプラズマから抽出されたプ
ラズマの超音速分子流、あるいはこのプラズマの超音速
分子流から上記荷電粒子除去手段によってイオンと電子
を取り除いた中性原子分子気体の超音速分子流を被エッ
チング基板に吹きつけてエッチングを行うようにしたの
で、超高異方性,超高選択性および極低損傷性を同時に
満足できるエッチングがより高速で得られるとともに放
電室の劣化を抑制し寿命を長くできる効果がある。
The supersonic molecular flow of the plasma extracted from the plasma thus generated, or the supersonic molecular flow of a neutral atomic molecular gas obtained by removing ions and electrons from the supersonic molecular flow of the plasma by the above-described charged particle removing means. Is sprayed onto the substrate to be etched, so that etching that simultaneously satisfies ultra-high anisotropy, ultra-high selectivity, and ultra-low damage can be obtained at a higher speed, and the deterioration of the discharge chamber is suppressed. This has the effect of extending the life.

なお、上記第6,第7,第8の実施例は、放電室21内のプ
ラズマの生成を、RFを用いた高周波誘導グロー放電ある
いはアーク放電により、つまり放電室21の外側に設置し
たコイル14等により間接的にその内部に高周波電界を誘
導して行う場合について説明したが、これはプラズマを
RFあるいはマイクロ波などを用いた高周波グロー放電あ
るいはアーク放電により行う、つまり放電室21内に対向
電極あるいはアンテナを配置して、これにより直接該放
電室内に高周波電界を発生してプラズマの生成を行うよ
うにしてもよく、またマイクロ波ビーム,電子ビーム、
イオンビーム,中性粒子ビーム、レーザービームなどを
用いたビーム照射電離によりプラズマを生成する構成と
してもよい。
In the sixth, seventh, and eighth embodiments, the generation of the plasma in the discharge chamber 21 is performed by a high-frequency induction glow discharge using RF or an arc discharge, that is, the coil 14 installed outside the discharge chamber 21. Although the case where the high-frequency electric field is indirectly induced in the inside by the method described above is explained, this is the case where the plasma is generated.
RF or microwave high-frequency glow discharge or arc discharge is used. That is, a counter electrode or an antenna is arranged in the discharge chamber 21, thereby generating a high-frequency electric field directly in the discharge chamber to generate plasma. Or microwave beam, electron beam,
A configuration in which plasma is generated by beam irradiation ionization using an ion beam, a neutral particle beam, a laser beam, or the like may be employed.

また、上記各実施例では、エッチングガスAとして塩
素を用い、被エッチング基板1上の多結晶シリコンをエ
ッチングする場合について説明したが、その他のエッチ
ングガスを選択してもよく、また多結晶シリコン以外の
被エッチング物質を適当なエッチングガスを選択してエ
ッチングを行ってもよい。
Further, in each of the above embodiments, the case where chlorine is used as the etching gas A to etch the polycrystalline silicon on the substrate 1 to be etched has been described. However, other etching gases may be selected. The material to be etched may be etched by selecting an appropriate etching gas.

さらに上記各実施例では、RF印加手段6および43の周
波数が13.56MHzの場合につて説明したが、その他の周波
数を用いてもよい。
Furthermore, in each of the above embodiments, the case where the frequency of the RF applying means 6 and 43 is 13.56 MHz has been described, but other frequencies may be used.

一方、上記各実施例では軽元素ガスBとしてヘリウム
を用いる場合について説明したが、水素等を用いてもよ
い。
On the other hand, in each of the above embodiments, the case where helium is used as the light element gas B has been described, but hydrogen or the like may be used.

さらに上記各実施例ではRF電力印加手段6および43の
周波数が13.56MHzの場合について説明したが、その他の
周波数を用いてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the case where the frequency of the RF power applying means 6 and 43 is 13.56 MHz has been described, but other frequencies may be used.

さらにまた、上記各実施例ではノズル26の開口径が1m
m程度の場合について説明したが、第1の真空排気手段3
1の排気速度を増強して、ノズル26の開口径を1mm程度よ
り大きくし、さらに第2の真空排気手段32の排気速度を
増強してスキマー28の開口径をノズル26の開口径に適応
して大きくしてもよい。
Furthermore, in each of the above embodiments, the opening diameter of the nozzle 26 is 1 m.
m, but the first evacuation means 3
The pumping speed of (1) is increased to make the opening diameter of the nozzle 26 larger than about 1 mm, and the pumping speed of the second vacuum pumping means 32 is further increased to adjust the opening diameter of the skimmer 28 to the opening diameter of the nozzle 26. May be larger.

この場合、第6の実施例装置ではスキマー28を通して
抽出されるプラズマの超音速分子流Eの流束は増大し、
第3の真空排気手段33の排気速度を増強してコリメータ
ー30の開口径を大きくすることにより、被エッチング基
板1上の被エッチング面積とエッチング速度が増大す
る。
In this case, in the apparatus of the sixth embodiment, the flux of the supersonic molecular stream E of the plasma extracted through the skimmer 28 increases,
By increasing the evacuation speed of the third evacuation means 33 to increase the opening diameter of the collimator 30, the area to be etched and the etching speed on the substrate 1 to be etched are increased.

また第7の実施例装置では、スキマー28を通して抽出
されるプラズマの超音速分子流Eの流束、ひいては荷電
粒子除去用電極34を通過して取り出される中性原子分子
気体の超音速分子流Fの流束が増大し、第3の真空排気
手段33の排気速度を増強してコリメーター30の径を大き
くすることにより、被エッチング基板1上の被エッチン
グ面積とエッチング速度が増大する。
In the seventh embodiment, the supersonic molecular flow E of the plasma extracted from the skimmer 28 and the supersonic molecular flow F of the neutral atomic molecular gas extracted through the charged particle removing electrode 34 are extracted. And the diameter of the collimator 30 is increased by increasing the pumping speed of the third vacuum pumping means 33, thereby increasing the area to be etched on the substrate 1 to be etched and the etching rate.

さらに、第8の実施例装置においても、上記第6の実
施例装置における、あるいは上記第7の実施例装置にお
ける効果と同様な効果を得ることができる。
Further, in the device of the eighth embodiment, the same effect as that in the device of the sixth embodiment or the device of the seventh embodiment can be obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように、本願の請求項1の発明に係るドライエ
ッチング装置によれば、原料気体を導入して、被エッチ
ング材料のエッチングを行うドライエッチング装置にお
いて、生成気体を噴出する噴出ノズルを有し、上記原料
気体の原子分子を電離してプラズマを生成するための放
電室と、該プラズマを上記噴出ノズルを介して内部に導
入し、これを超音速膨張させて超音速自由噴流を形成す
るための第1の真空室と、該プラズマの超音速自由噴流
から超音速分子流を抽出するスキマーを有し、該超音速
分子流を導入するための第2の真空室とを備え、該第2
の真空室内に取り出されたプラズマの超音速分子流を上
記被エッチング材料に吹きつけるようにしたので、超高
異方性とともに超高選択性と超低損傷性をも同時に満足
するエッチングを実現できる効果がある。
As described above, according to the dry etching apparatus according to the first aspect of the present invention, a dry etching apparatus that introduces a source gas and etches a material to be etched has an ejection nozzle that ejects a generated gas. A discharge chamber for ionizing atomic molecules of the raw material gas to generate plasma, and introducing the plasma into the interior through the jet nozzle, and supersonic expansion of the plasma to form a supersonic free jet. A first vacuum chamber, and a second vacuum chamber for introducing a supersonic molecular flow having a skimmer for extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of the plasma.
The supersonic molecular flow of the plasma taken out of the vacuum chamber is blown onto the material to be etched, so that etching that satisfies both ultra-high anisotropy, ultra-high selectivity and ultra-low damage simultaneously can be realized. effective.

また、本願の請求項2の発明に係るドライエッチング
装置によれば、原料気体を導入して被エッチング材料の
エッチングを行うドライエッチング装置において、生成
気体を噴出する噴出ノズルを有し、上記原料気体の原子
分子を電離してプラズマを生成するための放電室と、該
プラズマを上記噴出ノズルを介して内部に導入し、これ
を超音速膨張させて超音速自由噴流を形成するための第
1の真空室と、該プラズマの超音速自由噴流からプラズ
マの超音速分子流を抽出するスキマーを有し、該超音速
分子流を導入するための第2の真空室と、該第2の真空
室内に取り出されたプラズマの超音速分子流からイオン
と電子とを除去して中性原子分子気体の超音速分子流を
形成する荷電粒子除去手段とを備え、該中性原子分子気
体の超音速分子流を上記被エッチング材料に吹きつける
ようにしたので、エッチングの超高異方性,超高選択性
及び超低損傷性を同時に満足できるとともに、被エッチ
ング基板のチャージアップによる静電的な破壊を防止す
ることができる効果がある。
Further, according to the dry etching apparatus according to the second aspect of the present invention, in the dry etching apparatus for etching a material to be etched by introducing a raw material gas, the dry etching apparatus has a jet nozzle for jetting a generated gas, A discharge chamber for generating plasma by ionizing the atomic molecules of the above, and a first chamber for introducing the plasma into the interior through the ejection nozzle and supersonic expansion to form a supersonic free jet. A vacuum chamber, a skimmer for extracting a supersonic molecular flow of the plasma from the supersonic free jet of the plasma, a second vacuum chamber for introducing the supersonic molecular flow, and a second vacuum chamber for introducing the supersonic molecular flow. Charged particle removing means for removing ions and electrons from the supersonic molecular flow of the extracted plasma to form a supersonic molecular flow of a neutral atomic molecular gas, wherein the supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas is provided. To Since the material to be etched is sprayed, it is possible to simultaneously satisfy ultra-high anisotropy, ultra-high selectivity and ultra-low damage of etching, and prevent electrostatic breakdown due to charge-up of the substrate to be etched. There is an effect that can be.

また、本願の請求項3の発明に係るドライエッチング
装置によれば、反応性気体原子分子の放電を用いるドラ
イエッチング装置において、プラズマを生成する放電室
と、該放電室において生成されたプラズマを超音速膨張
させる、開口部断面が矩形スリット状の二次元ノズルと
第1の真空室と、前記放電室から該ノズルを通して、該
第1の真空室内に超音速自由膨張して形成されたプラズ
マの超音速自由噴流から超音速分子流を抽出する、開口
部断面が矩形スリット状の二次元スキマーと第2の真空
室とを備え、前記第1の真空室から該スキマーを通し
て、該第2の真空室内に取り出されたプラズマの超音速
分子流を、被エッチング基板に吹きつけてエッチングを
行うようにしたので、超高異方性とともに超高選択性と
超低損傷性をも同時に実現できる効果がある。
Further, according to the dry etching apparatus according to the invention of claim 3 of the present application, in a dry etching apparatus using discharge of reactive gas atom molecules, a discharge chamber for generating plasma, and a plasma generated in the discharge chamber are superposed. A two-dimensional nozzle having a rectangular slit-shaped opening section for sonic expansion, a first vacuum chamber, and a supersonic free-expanding plasma formed in the first vacuum chamber from the discharge chamber through the nozzle. A two-dimensional skimmer having a rectangular slit-shaped opening section for extracting a supersonic molecular flow from a sonic free jet, and a second vacuum chamber; and passing through the skimmer from the first vacuum chamber to the second vacuum chamber. The supersonic molecular flow of the plasma extracted to the substrate is sprayed on the substrate to be etched, so that it has not only ultra-high anisotropy but also ultra-high selectivity and ultra-low damage. There is a current can be effectively.

また、本願の請求項4の発明に係るドライエッチング
装置によれば、反応性気体原子分子の放電を用いるドラ
イエッチング装置において、プラズマを生成する放電室
と、該放電室において生成されたプラズマを超音速膨張
させる、開口部断面が矩形スリット状の二次元ノズルと
第1の真空室と、前記放電室から該ノズルを通して該第
1の真空室内に超音速自由膨張して形成されたプラズマ
の超音速自由噴流から超音速分子流を抽出する、開口部
断面が矩形スリット状の二次元スキマーと第2の真空室
と、前記第1の真空室内から該スキマーを通して該第2
の真空室内に取り出されたプラズマの超音速分子流から
荷電粒子を除去する手段とを備え、前記第2の真空室内
に取り出されたプラズマの超音速分子流から、前記荷電
粒子除去手段によってイオンと電子を取り除いた中性原
子分子気体の超音速分子流を、被エッチング基板に吹き
つけてエッチングを行うようにしたので、超高異方性,
超高選択性および極低損傷性を同時に満足するエッチン
グが可能となるだけでなく、荷電粒子による被エッチン
グ基板の帯電(チャージアップ)に起因する静電的な破
壊を防止することができる効果がある。
Further, according to the dry etching apparatus according to the invention of claim 4 of the present application, in a dry etching apparatus using discharge of reactive gas atomic molecules, a discharge chamber for generating plasma, and a plasma generated in the discharge chamber is superposed. A supersonic velocity of a plasma formed by supersonic free-expansion into the first vacuum chamber from the discharge chamber through the nozzle, a two-dimensional nozzle having a rectangular slit-shaped cross section, and a first slit formed in the first vacuum chamber. A two-dimensional skimmer having a rectangular slit-shaped opening section for extracting a supersonic molecular flow from the free jet, a second vacuum chamber, and the second vacuum chamber through the skimmer from the first vacuum chamber.
Means for removing charged particles from the supersonic molecular flow of the plasma taken out into the vacuum chamber, wherein ions and ions are removed by the charged particle removing means from the supersonic molecular flow of the plasma taken out into the second vacuum chamber. The supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas from which the electrons have been removed is blown onto the substrate to be etched to perform the etching.
Not only is it possible to perform etching that simultaneously satisfies ultra-high selectivity and ultra-low damage, but also it is possible to prevent electrostatic destruction due to charging (charge-up) of the substrate to be etched by charged particles. is there.

また、本願の請求項5の発明に係るドライエッチング
装置によれば、請求項3または4記載のドライエッチン
グ装置において、前記被エッチング基板の位置を、前記
流れに垂直な断面形状が矩形スリット状のシート状ビー
ムとなる超音速分子流に対して、相対的にその短辺方向
に移動させながらエッチングを行うようにしたので、超
高異方性、超高選択性および超低損傷性を同時に満足す
るエッチングが大口径基板に対して可能となる効果があ
る。
Further, according to the dry etching apparatus of the fifth aspect of the present invention, in the dry etching apparatus of the third or fourth aspect, the position of the substrate to be etched has a rectangular slit-shaped cross section perpendicular to the flow. Etching is performed while moving the supersonic molecular flow, which becomes a sheet-like beam, relatively in the direction of its short side, so that it simultaneously satisfies ultra-high anisotropy, ultra-high selectivity and ultra-low damage This has the effect that a large-diameter substrate can be etched.

また、本願の請求項6の発明に係るドライエッチング
装置によれば、反応性気体原子分子の放電を用いるドラ
イエッチング装置において、プラズマを生成する放電室
と、該放電室において生成されたプラズマを超音速膨張
させるノズルと第1の真空室と、前記放電室から該ノズ
ルを通して、該第1の真空室内に超音速自由膨張して形
成されたプラズマの超音速自由噴流から超音速分子流を
抽出するスキマーと第2の真空室とを備え、前記放電室
に反応性気体と、ヘリウムあるいは水素等の軽元素気体
を導入して該混合気体を電離し、前記第1の真空室から
該スキマーを通して、前記第2の真空室内に取り出され
た該プラズマの超音速分子流を、被エッチング基板に吹
きつけてエッチングを行うようにしたので、超高異方性
とともに超高選択性と超低損傷性をも同時に満足するエ
ッチングを高速度で実現できる効果がある。
Further, according to the dry etching apparatus according to the invention of claim 6 of the present application, in a dry etching apparatus using discharge of reactive gas atomic molecules, a discharge chamber for generating plasma and a plasma generated in the discharge chamber are super-charged. A nozzle for sonic expansion, a first vacuum chamber, and a supersonic free jet of plasma formed by supersonic free expansion in the first vacuum chamber through the nozzle from the discharge chamber to extract a supersonic molecular flow. A skimmer and a second vacuum chamber are provided, a reactive gas and a light element gas such as helium or hydrogen are introduced into the discharge chamber to ionize the mixed gas, and pass through the skimmer from the first vacuum chamber. The supersonic molecular flow of the plasma taken out into the second vacuum chamber is blown onto the substrate to be etched, so that etching is performed. There is an effect that can realize etching which satisfies simultaneously the ultra low damage resistance at high speed.

また、本願の請求項7の発明に係るドライエッチング
装置によれば、反応性気体原子分子の放電を用いるドラ
イエッチング装置において、プラズマを生成する放電室
と、該放電室において生成されたプラズマを超音速膨張
させるノズルと第1の真空室と、前記放電室から該ノズ
ルを通して該第1の真空室内に超音速自由膨張して形成
されたプラズマの超音速自由噴流から超音速分子流を抽
出するスキマーと第2の真空室と、前記第1の真空室か
ら該スキマーを通して該第2の真空室内に取り出された
プラズマの超音速分子流から荷電粒子を除去する手段と
を備え、前記放電室に反応性気体と、ヘリウムあるいは
水素等の軽元素気体を導入して該混合気体を電離し、前
記第2の真空室内に取り出された該プラズマの超音速分
子流から、前記荷電粒子除去手段によってイオンと電子
を取り除いた中性原子分子気体の超音速分子流を、被エ
ッチング基板に吹き付けてエッチングを行うようにした
ので、超高異方性,超高選択性および超低損傷性を同時
に満足する高速度エッチングを実現できるとともに、被
エッチング基板の帯電(チャージアップ)に起因する静
電的な破壊を防止することができる効果がある。
Further, according to the dry etching apparatus according to the invention of claim 7 of the present application, in a dry etching apparatus using discharge of reactive gas atomic molecules, a discharge chamber for generating plasma and a plasma generated in the discharge chamber are superposed. A nozzle for sonic expansion, a first vacuum chamber, and a skimmer for extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of plasma formed by supersonic free expansion from the discharge chamber into the first vacuum chamber through the nozzle. And a second vacuum chamber; and means for removing charged particles from a supersonic molecular flow of plasma taken out of the first vacuum chamber through the skimmer into the second vacuum chamber, and reacting with the discharge chamber. Ionic gas and a light element gas such as helium or hydrogen are introduced to ionize the mixed gas, and the charged gas is extracted from the supersonic molecular flow of the plasma taken out into the second vacuum chamber. The supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas from which ions and electrons have been removed by the electron removal means is sprayed onto the substrate to be etched, so that etching is performed, resulting in ultra-high anisotropy, ultra-high selectivity, and ultra-low damage. In addition to the high-speed etching that simultaneously satisfies the properties, it is possible to prevent electrostatic destruction due to charging (charge-up) of the substrate to be etched.

また、本願の請求項8の発明に係るドライエッチング
装置によれば、請求項6または7記載のドライエッチン
グ装置において、前記放電室を2室に分け、ヘリウムあ
るいは水素等の軽元素気体を導入して該軽元素気体を電
離する第1室と、該電離して生成したプラズマが流入
し、さらに反応性気体を導入して両気体を混合させる第
2室とを設けるようにしたので、超高異方性,超高選択
性および超低損傷性を同時に満足できるエッチングがよ
り高速度で得られるとともに、放電室の劣化を抑制し寿
命を長くすることができる効果がある。
According to the dry etching apparatus according to the invention of claim 8 of the present application, in the dry etching apparatus according to claim 6 or 7, the discharge chamber is divided into two chambers, and a light element gas such as helium or hydrogen is introduced. Therefore, a first chamber for ionizing the light element gas and a second chamber for introducing the plasma generated by the ionization and introducing the reactive gas to mix the two gases are provided. Etching that satisfies anisotropy, ultra-high selectivity and ultra-low damage simultaneously can be obtained at a higher speed, and there is an effect that deterioration of the discharge chamber can be suppressed and the life can be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の第1の実施例によるドライエッチン
グ装置の構成図を示す要部断面図、第2図は第1図に示
す超音速自由噴流の詳細を示す断面図、第3図は本実施
例装置のノズル−スキマー間距離の連続的可変機構の一
例を示す図、第4図は本実施例装置においてプラズマ構
成粒子が被エッチング基板表面へ入射する様子を示す模
式図、第5図は本実施例装置の被エッチング基板載置用
電極にRF電力を印加するRF電力印加手段を設けた場合を
示す部分断面図、第6図は従来のドライエッチング装置
を示す概略断面図、第7図は従来装置においてプラズマ
構成粒子がエッチング基板表面へ入射する様子を示す模
式図、第8図は本発明の第2の実施例によるドライエッ
チング装置の構成を示す要部断面図、第9図は該第2の
実施例のドライエッチング装置において、エッチングの
際中性原子分子がエッチング基板表面に入射する様子を
示す模式図、第10図は該第2の実施例装置において荷電
粒子の除去を電界と磁界を用いて行う荷電粒子除去手段
の構成を示す断面図、第11図はこの発明の第3の実施例
によるドライエッチング装置の構成を示す要部断面図、
第12図は第11図に示す超音速自由噴流の詳細を示す断面
図、第13図は本実施例装置のノズル−スキマー間距離の
連続可変機構の一例を示す断面図、第14図は本実施例装
置において、プラズマの構成粒子が被エッチング基板へ
入射する様子を示す模式図、第15図は本実施例装置の被
エッチング基板載置用電極にRF電力を印加する手段を設
けた場合を示す部分断面図、第16図は本発明の第4の実
施例によるドライエッチング装置の構成を示す要部断面
図、第17図は該実施例装置において中性原子分子が被エ
ッチング基板に入射する様子を示す模式図、第18図は該
第4の実施例装置において、荷電粒子の除去を電界と磁
界を用いて行う場合を示す部分断面図、第19図は本発明
の第5の実施例装置において被エッチング基板の位置を
超音速分子流に対して相対的に移動させる様子を示す概
略断面図、第20図はこの発明の第6の実施例によるドラ
イエッチング装置の構成を示す要部断面図、第21図は第
20図に示す超音速自由噴流の詳細を示す断面図、第22図
は第21図に示す超音速自由噴流の静寂領域における流れ
の特性を示す詳細図、第23図は本実施例装置のノズル−
スキマー間距離の連続可変機構の一例を示す断面図、第
24図は本実施例装置において、プラズマの構成粒子が被
エッチング基板へ入射する様子を示す模式図、第25図は
本実施例装置の被エッチング基板載置用電極にRF電力を
印加する手段を設けた場合を示す部分断面図、第26図は
本発明の第7の実施例によるドライエッチング装置の構
成を示す要部断面図、第27図は該実施例装置において中
性原子分子が被エッチング基板に入射する様子を示す模
式図、第28図は該第7の実施例装置において、荷電粒子
の除去を電界と磁界を用いて行う場合を示す部分断面
図、第29図は本発明の第8の実施例装置において放電室
を2室に分けた場合を示す部分断面図である。 図において、1は被エッチング基板、21は放電室、22は
第1の真空室、23は第2の真空室、26,26aはノズル、2
8,28aはスキマー、34は荷電粒子除去用電極、35は直流
電圧印加手段、41はノズル−スキマー間距離連続可変機
構、43はRF電力印加手段、43aは磁界印加手段、51はエ
ッチングガス混合室、Aはエッチングガス、Bは軽元素
ガス、Dは電離気体の超音速自由噴流、Eは電離気体の
超音速分子流、Fは中性原子分子気体の超音速分子流で
ある。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a sectional view of a main part showing a configuration of a dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing details of a supersonic free jet shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a view showing an example of a continuously variable mechanism of a distance between a nozzle and a skimmer of the apparatus of this embodiment. FIG. 4 is a schematic view showing a state in which plasma constituent particles are incident on the surface of the substrate to be etched in the apparatus of this embodiment. FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a case where RF power applying means for applying RF power to an electrode for mounting a substrate to be etched of the apparatus of the present embodiment is provided. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a conventional dry etching apparatus. FIG. 8 is a schematic view showing a state in which plasma constituent particles are incident on the surface of an etching substrate in a conventional apparatus. FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration of a dry etching apparatus according to a second embodiment of the present invention. The dry edge of the second embodiment FIG. 10 is a schematic view showing a state in which neutral atoms and molecules are incident on the surface of an etching substrate during etching in a chucking device. FIG. 10 is a diagram showing charged particles for removing charged particles using an electric field and a magnetic field in the second embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a removing unit. FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing details of the supersonic free jet shown in FIG. 11, FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of a continuously variable nozzle-skimmer distance mechanism of the apparatus of the present embodiment, and FIG. FIG. 15 is a schematic view showing a state where constituent particles of plasma are incident on a substrate to be etched in the apparatus of the embodiment, and FIG. 15 shows a case where a unit for applying RF power is provided to the electrode for mounting the substrate to be etched in the apparatus of the embodiment. FIG. 16 is a partial sectional view showing a configuration of a dry etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a schematic view showing a neutral atom molecule incident on a substrate to be etched in the apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 18 is a partial cross-sectional view showing a case where charged particles are removed by using an electric field and a magnetic field in the apparatus of the fourth embodiment, and FIG. 19 is a fifth embodiment of the present invention. In the apparatus, the position of the substrate to be etched Schematic sectional view showing a state of moving the manner, FIG. 20 sixth cross sectional view showing a structure of a dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 21 No.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing details of the supersonic free jet, FIG. 22 is a detailed view showing the flow characteristics in the quiet region of the supersonic free jet shown in FIG. 21, and FIG. 23 is a nozzle of the apparatus of the present embodiment. −
Sectional view showing an example of a continuously variable mechanism of the distance between skimmers, FIG.
FIG. 24 is a schematic view showing a state in which the constituent particles of the plasma are incident on the substrate to be etched in the apparatus of the present embodiment, and FIG. 25 is a diagram showing a means for applying RF power to the electrode for mounting the substrate to be etched in the apparatus of the present embodiment. FIG. 26 is a partial cross-sectional view showing a case where a neutral atom molecule is provided in a dry etching apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. FIG. 28 is a schematic view showing a state of incidence on a substrate, FIG. 28 is a partial cross-sectional view showing a case where charged particles are removed using an electric field and a magnetic field in the seventh embodiment, and FIG. FIG. 18 is a partial cross-sectional view showing a case where the discharge chamber is divided into two chambers in the apparatus of Example 8; In the figure, 1 is a substrate to be etched, 21 is a discharge chamber, 22 is a first vacuum chamber, 23 is a second vacuum chamber, 26 and 26a are nozzles, 2
8, 28a are skimmers, 34 is an electrode for removing charged particles, 35 is DC voltage applying means, 41 is a mechanism for continuously varying the distance between the nozzle and skimmer, 43 is RF power applying means, 43a is magnetic field applying means, and 51 is etching gas mixing. The chamber, A is an etching gas, B is a light element gas, D is a supersonic free jet of ionized gas, E is a supersonic molecular flow of ionized gas, and F is a supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−205720(JP,A) 特開 昭61−150322(JP,A) 特開 昭61−42135(JP,A) 特開 昭63−124528(JP,A) 特開 昭61−163287(JP,A) 特開 昭52−77840(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-205720 (JP, A) JP-A-61-150322 (JP, A) JP-A-61-42135 (JP, A) JP-A-63 124528 (JP, A) JP-A-61-163287 (JP, A) JP-A-52-77840 (JP, A)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】原料気体を導入して、被エッチング材料の
エッチングを行うドライエッチング装置において、 生成気体を噴出する噴出ノズルを有し、上記原料気体の
原子分子を電離してプラズマを生成するための放電室
と、 該プラズマを上記噴出ノズルを介して内部に導入し、こ
れを超音速膨張させて超音速自由噴流を形成するための
第1の真空室と、 該プラズマの超音速自由噴流から超音速分子流を抽出す
るスキマーを有し、該超音速分子流を導入するための第
2の真空室とを備え、 該第2の真空室内に取り出されたプラズマの超音速分子
流を上記被エッチング材料に吹きつけるようにしたこと
を特徴とするドライエッチング装置。
1. A dry etching apparatus for etching a material to be etched by introducing a source gas, comprising: a jet nozzle for jetting a generated gas; for generating plasma by ionizing atomic molecules of the source gas. A first vacuum chamber for introducing the plasma into the interior through the ejection nozzle and supersonic expansion to form a supersonic free jet; and a supersonic free jet of the plasma. A second vacuum chamber for introducing the supersonic molecular flow; and a second vacuum chamber for introducing the supersonic molecular flow. A dry etching apparatus characterized by spraying on an etching material.
【請求項2】原料気体を導入して被エッチング材料のエ
ッチングを行うドライエッチング装置において、 生成気体を噴出する噴出ノズルを有し、上記原料気体の
原子分子を電離してプラズマを生成するための放電室
と、 該プラズマを上記噴出ノズルを介して内部に導入し、こ
れを超音速膨張させて超音速自由噴流を形成するための
第1の真空室と、 該プラズマの超音速自由噴流からプラズマの超音速分子
流を抽出するスキマーを有し、該超音速分子流を導入す
るための第2の真空室と、 該第2の真空室内に取り出されたプラズマの超音速分子
流からイオンと電子とを除去して中性原子分子気体の超
音速分子流を形成する荷電粒子除去手段とを備え、 該中性原子分子気体の超音速分子流を上記被エッチング
材料に吹きつけるようにしたことを特徴とするドライエ
ッチング装置。
2. A dry etching apparatus for etching a material to be etched by introducing a source gas, comprising: a jet nozzle for jetting a generated gas; and for generating plasma by ionizing atomic molecules of the source gas. A discharge chamber, a first vacuum chamber for introducing the plasma into the interior through the ejection nozzle, and supersonic expansion of the plasma to form a supersonic free jet; and a plasma from the supersonic free jet of the plasma. A second vacuum chamber for introducing the supersonic molecular flow, and ions and electrons from the supersonic molecular flow of the plasma taken out into the second vacuum chamber. And a charged particle removing means for forming a supersonic molecular flow of a neutral atomic molecular gas by spraying the supersonic molecular flow of the neutral atomic molecular gas onto the material to be etched. Dry etching apparatus according to claim.
【請求項3】反応性気体原子分子の放電を用いるドライ
エッチング装置において、 プラズマを生成する放電室と、 該放電室において生成されたプラズマを超音速膨張させ
る、開口部断面が矩形スリット状の二次元ノズルと第1
の真空室と、 前記放電室から該ノズルを通して、該第1の真空室内に
超音速自由膨張して形成されたプラズマの超音速自由噴
流から超音速分子流を抽出する、開口部断面が矩形スリ
ット状の二次元スキマーと第2の真空室とを備え、 前記第1の真空室から該スキマーを通して、該第2の真
空室内に取り出されたプラズマの超音速分子流を、被エ
ッチング基板に吹きつけてエッチングを行うことを特徴
とするドライエッチング装置。
3. A dry etching apparatus using discharge of reactive gas atom molecules, comprising: a discharge chamber for generating plasma; and a rectangular slit-shaped opening section for supersonic expansion of the plasma generated in the discharge chamber. Dimensional nozzle and first
Extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of plasma formed by supersonic free expansion into the first vacuum chamber through the nozzle from the discharge chamber, the opening having a rectangular cross section. A two-dimensional skimmer and a second vacuum chamber, wherein a supersonic molecular flow of plasma taken out of the first vacuum chamber through the skimmer into the second vacuum chamber is blown onto the substrate to be etched. A dry etching apparatus characterized in that etching is performed by using a dry etching method.
【請求項4】反応性気体原子分子の放電を用いるドライ
エッチング装置において、 プラズマを生成する放電室と、 該放電室において生成されたプラズマを超音速膨張させ
る、開口部断面が矩形スリット状の二次元ノズルと第1
の真空室と、 前記放電室から該ノズルを通して該第1の真空室内に超
音速自由膨張して形成されたプラズマの超音速自由噴流
から超音速分子流を抽出する、開口部断面が矩形スリッ
ト状の二次元スキマーと第2の真空室と、 前記第1の真空室内から該スキマーを通して該第2の真
空室内に取り出されたプラズマの超音速分子流から荷電
粒子を除去する手段とを備え、 前記第2の真空室内に取り出されたプラズマの超音速分
子流から、前記荷電粒子除去手段によってイオンと電子
を取り除いた中性原子分子気体の超音速分子流を、被エ
ッチング基板に吹きつけてエッチングを行うことを特徴
とするドライエッチング装置。
4. A dry etching apparatus using discharge of reactive gas atom molecules, comprising: a discharge chamber for generating plasma; and a rectangular slit-shaped opening section for supersonic expansion of the plasma generated in the discharge chamber. Dimensional nozzle and first
Extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of plasma formed by supersonic free expansion from the discharge chamber through the nozzle into the first vacuum chamber, the opening having a rectangular slit shape. A two-dimensional skimmer, a second vacuum chamber, and means for removing charged particles from a supersonic molecular flow of plasma taken out of the first vacuum chamber through the skimmer into the second vacuum chamber, From the supersonic molecular flow of the plasma taken out into the second vacuum chamber, the supersonic molecular flow of neutral atomic molecular gas from which ions and electrons have been removed by the charged particle removing means is blown onto the substrate to be etched to perform etching. Dry etching apparatus characterized by performing.
【請求項5】請求項3または4記載のドライエッチング
装置において、 前記被エッチング基板の位置を、 前記流れに垂直な断面形状が矩形スリット状のシート状
ビームとなる超音速分子流に対して、相対的にその短辺
方向に移動させながらエッチングを行うことを特徴とす
るドライエッチング装置。
5. The dry etching apparatus according to claim 3, wherein the position of the substrate to be etched is changed with respect to a supersonic molecular flow in which a cross-sectional shape perpendicular to the flow is a sheet beam having a rectangular slit shape. A dry etching apparatus characterized in that etching is performed while moving relatively in the direction of the short side.
【請求項6】反応性気体原子分子の放電を用いるドライ
エッチング装置において、 プラズマを生成する放電室と、 該放電室において生成されたプラズマを超音速膨張させ
るノズルと第1の真空室と、 前記放電室から該ノズルを通して、該第1の真空室内に
超音速自由膨張して形成されたプラズマの超音速自由噴
流から超音速分子流を抽出するスキマーと第2の真空室
とを備え、 前記放電室に反応性気体と、ヘリウムあるいは水素等の
軽元素気体を導入して該混合気体を電離し、 前記第1の真空室から該スキマーを通して、前記第2の
真空室内に取り出された該プラズマの超音速分子流を、
被エッチング基板に吹きつけてエッチングを行うことを
特徴とするドライエッチング装置。
6. A dry etching apparatus using discharge of reactive gas atomic molecules, comprising: a discharge chamber for generating plasma; a nozzle for supersonic expansion of the plasma generated in the discharge chamber; and a first vacuum chamber; A skimmer for extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of plasma formed by supersonic free expansion from the discharge chamber through the nozzle into the first vacuum chamber, and a second vacuum chamber; A reactive gas and a light element gas such as helium or hydrogen are introduced into the chamber to ionize the mixed gas, and the plasma taken out from the first vacuum chamber through the skimmer into the second vacuum chamber. Supersonic molecular flow,
A dry etching apparatus for performing etching by spraying on a substrate to be etched.
【請求項7】反応性気体原子分子の放電を用いるドライ
エッチング装置において、 プラズマを生成する放電室と、 該放電室において生成されたプラズマを超音速膨張させ
るノズルと第1の真空室と、 前記放電室から該ノズルを通して該第1の真空室内に超
音速自由膨張して形成されたプラズマの超音速自由噴流
から超音速分子流を抽出するスキマーと第2の真空室
と、 前記第1の真空室から該スキマーを通して該第2の真空
室内に取り出されたプラズマの超音速分子流から荷電粒
子を除去する手段とを備え、 前記放電室に反応性気体と、ヘリウムあるいは水素等の
軽元素気体を導入して該混合気体を電離し、 前記第2の真空室内に取り出された該プラズマの超音速
分子流から、前記荷電粒子除去手段によってイオンと電
子を取り除いた中性原子分子気体の超音速分子流を、被
エッチング基板に吹き付けてエッチングを行うことを特
徴とするドライエッチング装置。
7. A dry etching apparatus using discharge of reactive gas atom molecules, comprising: a discharge chamber for generating plasma; a nozzle for supersonic expansion of the plasma generated in the discharge chamber; and a first vacuum chamber; A skimmer for extracting a supersonic molecular flow from a supersonic free jet of plasma formed by supersonic free expansion from the discharge chamber through the nozzle into the first vacuum chamber, a second vacuum chamber, and the first vacuum Means for removing charged particles from a supersonic molecular flow of plasma taken out of the chamber through the skimmer and into the second vacuum chamber, wherein a reactive gas and a light element gas such as helium or hydrogen are supplied to the discharge chamber. The mixed gas is introduced and ionized to remove ions and electrons from the supersonic molecular flow of the plasma taken out into the second vacuum chamber by the charged particle removing means. The supersonic molecular flow of atoms and molecules gas, a dry etching apparatus and performing etching by spraying the etching target substrate.
【請求項8】請求項6または7記載のドライエッチング
装置において、 前記放電室を2室に分け、ヘリウムあるいは水素等の軽
元素気体を導入して該軽元素気体を電離する第1室と、 該電離して生成したプラズマが流入し、さらに反応性気
体を導入して両気体を混合させる第2室とを設けたこと
を特徴とするドライエッチング装置。
8. The dry etching apparatus according to claim 6, wherein the discharge chamber is divided into two chambers, and a first chamber for introducing a light element gas such as helium or hydrogen and ionizing the light element gas; A dry etching apparatus comprising: a second chamber into which the plasma generated by the ionization flows, and into which a reactive gas is further introduced to mix the two gases.
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